暗物質藏匿來源再剔除,新研究:暗物質不由原初黑洞構成

作者 | 發布日期 2018 年 10 月 08 日 11:07 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly

當 2015 年 LIGO 首次探測到來自雙黑洞碰撞引發的引力波後,天文學家一直抱著期待相信,暗物質可能包含了分布在宇宙四處的原初黑洞。但現在,加州大學柏克萊分校物理學家打破了這道光芒。



暗物質真是現代天文學中最尷尬的存在,它們占了宇宙中所有物質比率 84.5%,但沒有人找到過。如果存在,暗物質到底藏在哪?

一些科學家相信原初黑洞(primordial black hole)可能由暗物質組成,而雷射干涉引力波天文台(LIGO)於 2015 年 9 月 14 日首次探測到引力波事件 GW150914 後,NASA 天體物理學家 Alexander Kashlinsky 後續在《天文物理期刊快報》上發表論文,認為該事件黑洞很可能是原初黑洞。

原初黑洞又稱太初黑洞,是一種尚屬理論的假想黑洞,它們不是由大質量恆星引力坍縮形成,而是來自宇宙大爆炸暴漲時期的超高密度區域。根據模型,大爆炸之後 10 -33 ~10 -32  秒內,宇宙有著極高壓力強度與溫度,簡單一點波動就可能造成局部區域的密度達到形成黑洞的條件,儘管大多數高密度區域很快便隨著宇宙膨脹而散開,但原初黑洞能保持穩定直至今日。

也有科學家推論暗物質可能來自暈族大質量緻密天體(massive compact halo object,MACHO),這是一些體積很小的大質量重子物質,沒有電磁輻射或很少,在星際空間不與恆星系統發生影響,可以用來解釋可能存在於星系暈的暗物質。

不過暈族大質量緻密天體本身不發光,所以很難被探測到,它們也可能是黑洞、中子星、褐矮星、自由行星、白矮星和非常微弱的紅矮星。

還有第三種說法,科學家指出一種還停留在理論階段的粒子「大質量弱交互作用粒子(WIMP)」,很可能就是暗物質。

找不到證明暗物質的存在

不過上述所提幾個最具潛力的前景,很可能被加州大學柏克萊分校的物理學家打碎。

研究人員對 740 個 Ⅰa 超新星(Type Ⅰa supernova,註)進行複雜的統計分析,這種天體已被天文學家當作測量宇宙距離和宇宙膨脹速率的標準亮度源數十年有餘,結果指出,其中 8 個超新星應該在原初黑洞的重力透鏡效應下「變得更亮」,但事實上並沒有,由原初黑洞構成的暗物質不會超過 40%;另一項尚未發表的後續研究分析了 1,048 個超新星,發現暗物質占比變得更低,只剩下 23%。

研究人員說,這結果表明暗物質不由原初黑洞或 MACHO 物體組成。隨著時間推移與技術進步,勢必會有越來越多理論被淘汰,事實上後代天文學家能選擇的暗物質理論已經不多了,要不帶來突破性發現,要不就得提出全新理論。

新研究主要作者為加州大學柏克萊分校宇宙物理學中心研究員 Miguel Zumalacárregui,該論文發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)。

註:Ⅰa 超新星讀音為 1A 超新星,Ⅰ 為羅馬數字不是英文字母。

(首圖來源:加州大學柏克萊分校

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