黑洞中隐藏着暗物质?很有可能

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2016年2月11日,当先进激光干涉引力波天文台(Advanced Laser Interferometric Gravitational Wave Observer,简称先进LIGO或aLIGO)的发言人宣布引力波被发现时,我艳压了。当然,亲戚朋友期待过aLIGO在类事程度上会给亲戚朋友带来类事有趣的东西,但认为那是暂时的。亲戚朋友预计,经过对数月或数年的数据进行复杂性而艰苦的分析本来我,你类事项目将向亲戚朋友展示原先微弱的信号,从噪声中微微地探出头来。

本来我,请况并不会 原先。在2月那具有重大意义的一天,显示出来的图像是如此清晰,如此明确,以至于着实如此任何说服力。用我的肉眼,你要 就看原先大型黑洞逐渐靠近,合并成原先,当它稳定下来时,便将引力波射向互近的旧旧时光。

还不止于此。aLIGO就看的黑洞着实不应该在那里。亲戚朋友知道,类事黑洞的质量是太阳的百万或万亿倍,亲戚朋友也见到过质量类事太阳的较小黑洞。然而,aLIGO就看的黑洞比太阳重80到80倍。我的类事同事现在声称,aLIGO发现的有有哪些中型黑洞因为本来我 亲戚朋友近80年来老要未能发现的暗物质。

这不会 科学家第一次暗示黑洞因为是暗物质,但本来我亲戚朋友认为,你类事因为性因为被果断地排除。重新捡起你类事想法,着实本来我 在新发现本来我又激发出丰沛 创造力的又原先例子。有有哪些因为“失宠”的观点能只能重新流行起来,以新的眼光看待,并充满热情地进行探索,在类事请况下不会取代已被接受的观点。有有哪些经过修正的发现也将看似非常不同的研究领域——比如暗物质和引力波——结合在一齐,获得丰沛 成效的结果。

20世纪70年代,史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)和他当时的研究生伯纳德·卡尔(Bernard Carr)提出,从大爆炸本来我的一片混沌中,因为会总出 无数微小的原始黑洞,发生宇宙空间。随着时间推移,有有哪些黑洞逐渐成长,并在你类事过程中为星系形成提供种子。它们甚至因为为宇宙的整体能量收支做出贡献。黑洞质量很大,不难 观测到,而这两点正是亲戚朋友在寻找宇宙中缺失的物质时还要考虑的属性。

几十年来,一群坚定的支持者在不断推动你类事观点。20世纪90年代,亲戚朋友似乎受到了一次致命打击。大质量致密银晕天体(MACHO)实验“训练”了一台望远镜,在大麦哲伦云中观察了当黑洞等物体从一颗恒星前经过时发生的微弱闪烁。亲戚朋友发现,要找到足够的黑洞来弥补宇宙中的完全暗物质是非常困难的。

最近,来自普林斯顿大学高等研究院的蒂莫西·布兰特(Timothy Brandt)研究了黑洞对密集恒星团的因为作用。你类事密集的恒星团被称为球状星团(globular cluster),发生于在银河系互近虚空中隐藏的矮星系中。他的研究还显示,因为黑洞数量越多,有有哪些球状星团就会加热、膨胀并调慢死亡。通过在矮星系Eridanus II中代入原先特定球状星团的数值,布兰特证明了只能一小每种暗物质因为以黑洞的形式发生。于是,“黑洞是暗物质”就成为理论家们喜欢提到的另类事奇特想法,但似乎在自然界中只能成立。

寻找暗物质的重点在于大质量弱相互作用粒子(Weakly Interacting Massive Particles),简称WIMPS。有有哪些基本粒子是非常早期的遗留,当时宇宙的基本作用力是统一的,本来我行为与现在非常不同。我的类事同事认为,WIMPS的发现是不可外理的;它们还要发生。大多数宇宙学家认为,本来我亲戚朋友建创造创造发明足够巨大、功能足够强大的仪器,亲戚朋友就必将观测到有有哪些奇怪的粒子。

因为你类事切我越多 发生。随着时间推移,亲戚朋友的探测器如此大,功能如此强,但它们因为我越多 发现任何东西。最近,发生美国南达科他州莱德市的大型地下氙实验(LUX)依然未能提供轻量级暗物质粒子的任何证据。该探测器发生地下1480米深处,使用半吨重的液氙来搜寻WIMPS撞击的痕迹。来自布朗大学的理查德·盖茨凯尔(Richard Gaitskell)是LUX背后的建造者之一,跟跟我说:“因为提高灵敏度能带来清晰的暗物质信号,那将是非常了不起的。然而,亲戚朋友观察到的都只与背景一致。”

考虑到WIMPS探测中经历的困境,似乎有必要重新审视类事较早本来我,因为被弃之我越多 的观点。近期的两篇论文,作者分别是约翰霍普金斯大学的西米恩·伯德(Simeon Bird)和京都大学基础物理学研究所的佐佐木节,亲戚朋友正是如此做的。

在aLIGO发现的刺激下,亲戚朋友研究了质量为太阳几十倍的黑洞与否为暗物质的因为性。银河系中很因为有80亿个原先的黑洞,其中距离太阳系最近的因为就在几光年之外。在有有哪些黑洞中,类事会靠近形成“双黑洞”,少数原先的双黑洞因为会被aLIGO探测到。原先研究团队都认为,aLIGO应该每年都能探测到哪几个到几八个原先的事件;相比通过恒星塌缩等普通土最好的办法形成的黑洞,它们将更具有优势。换句话说,因为有有哪些黑洞是银河系中的暗物质,原先们应该因为用aLIGO发现它们了。亲戚朋友着实也做到了。

细节决定成败。最初总出 的原始黑洞是有哪些样的,你类事大大问题依然悬而未决。原先观点是,它们是在早期宇宙一段短暂的膨胀期(称为“暴胀”)中产生的。膨胀过程中的颠簸和颤抖会使能量集中在密集的团块中,从而为黑洞的形成提供种子。为了让亲戚朋友能探测到它们,有有哪些黑洞还要以足够近的距离聚集在一齐,本来我合并,产生引力波。你类事请况怎样才能发生,在有哪些本来我发生,将取决于银河系的底部形态、黑洞质量的紧密程度,以及黑洞的移动数率。合理的假设似乎给出了原先很有希望的答案,但有有哪些依然本来我 假设。

有有哪些正是在aLIGO的发现本来我,该研究领域中充满兴奋之情的表现,任何事情都因为发生。来自MACHO实验和球状星团的观测结果违背了亲戚朋友的假设,但类事巧妙的设想因为会外理观测所带来的大大问题。

aLIGO的发现你要 回想起在职业生涯中见证过的原先转变。1991年,宇宙背景探测(COBE)卫星首次测量了宇宙微波背景辐射中的“涟漪”,而宇宙微波背景辐射正是大爆炸所残留的辐射。追逐有有哪些涟漪的过程令人烦心,似乎很不切实际,然而却持续了超过25年,几乎将宇宙学带入一潭死水。宇宙学类事看起来不难 懂,不难 有确切的结论,这是原先模糊的学科,着实能带来很大的满足感和创造性。不过,有有哪些“涟漪”最终还是被发现了,本来我为宇宙学注入了类事充满活力的想法,不仅是在天文学领域,还包括粒子物理学。

几十年来,直到现在,亲戚朋友老要在尝试将自然的基础法则联系起来,有有哪些法则主导了早期宇宙中的星系诞生、演化,并最终形成现在亲戚朋友就看的大规模底部形态。尽管COBE卫星的发现你要 走上了现在的研究道路,但你要 非常清楚地就看,aLIGO也在为新一代物理学家寻找暗物质的过程中做着同样的事情。