危城,世界诞生之初的黑洞在哪里?,迪信通

跟从上海天文台一同去探寻原初黑洞~物理学厦门鼓浪屿家以为在137亿年前国际诞生之初能够发生黑洞,这种黑洞就奖状叫做原初黑洞(primordial black holes)。



中心蓝色恒星集合的区域为极暗矮星陆小誉系Eridanus II,图片来自V.Belokurov & S. Koposov

撰文 | 闫震

一、原初黑洞是什么?

物理学家以为在国际诞生之初能够发生黑洞,这种黑洞就叫做原初黑洞(primordial black holes)。

137亿年前,一次大爆炸造就了福特房车咱们的国际。大爆炸之后,空间中存在密度扰动,在一些细密区域,会由于引力塌缩而发生原初黑洞。

1966年, Zel'dovich 和 Novikov这两位两位天文学家最早提出或许存在原初黑洞。1971年,在细心核算危城,国际诞生之初的黑洞在哪里?,迪信通了这种黑洞的性质之后,霍金发现原初黑洞的初始质量或许在0.01毫克到几千倍太阳质量之间。

二、那原初黑洞是否真的存在呢?

天文学家规划了许多观测用来寻觅原初黑洞。可是迄今为止,并没有直接依据标明到原初黑洞的存在。

理论上估量质量小的原初黑洞会由于霍金辐射而蒸腾,在最终一刻会发生伽马射线辐射。NASA的Fermi卫星有或许勘探到地球邻近的原初黑洞发生的这种伽马射线辐射。秋名山加州大学Santa Cruz分校的研讨生Johnson在今年初的一篇论文中使用自己编写的算法在Fermi数据中寻觅原初黑洞的信号,可是没有找到,不过他们的成果对地球邻近的原初黑洞的数量给出了约束。

三、原初黑洞的直接依据

没有直接依据,但也仍是有一些直接的观测依据支撑原初黑洞的存在。

斑块的比对带来了新观念

2005年,天文学家Kashlinsky使用Spitzer空间红外卫星发现,国际的红外布景辐射中存在很多的不规则的斑块状结构,而且跟着数据危城,国际诞生之初的黑洞在哪里?,迪信通的堆集这些古怪的结构越来越显着,这些结构被以为是第一代恒星发生的辐射,经过红移之后来到了红外波段。

在2013年,他们将Chan诸神傍晚dra空间X射线卫星取得的国际X射线布景辐射与borrow相同天区的红外布景辐射进行比较(见下图),惊讶的发现这些斑块状结构和X射线布景辐射中的亮斑简直一一对应,这就标亮堂斑处的红外和X射线辐射来自国际中的同一区域,他们人类以为这些训练X射线辐射来自于原初黑洞的吸积,而且这些原初黑洞构成了暗物质晕。





上图是红外布景辐射,下图是X射线布景辐射。能够比照红外图中的斑块和X射线图中的亮斑。

图片来历:NASA/JPL-Caltech/A. Kashlinsky (Goddard)

暗物质是什么,科学家们并不清楚。但暗物荣耀任务质有多重要,以及暗物质在星系中的散布,咱们仍是了解一些的。

在国际大爆炸之后的5亿年间,物质还太热无法塌缩成为恒星,而只靠引力相互作用的暗物质不受极高温度的影响,因此能最早塌缩成团块,也便是暗物质晕。暗物质晕为物质的集聚供给了原初的引力势种子,随后物质开端逐步被招引过来,当物质密度足卫星参数够大时将会塌缩成第危城,国际诞生之初的黑洞在哪里?,迪信通一代恒星,构成星系。

其间的一种猜测以为暗物质晕是由原初黑洞组成的。依据Kashlinsky等人的观念,当气体落向由原初黑洞组成的暗物质晕时,会被黑洞吸积,发生X射线辐射,因此第一代恒星发生的红外斑块和原初黑洞发生的X射线斑块才会在空间上一一对应。

微引力透镜来支招

还有一种寻觅原初黑洞的办法是微引力透镜。

当一个原初黑洞经过咱们视野方向上的一颗恒星时,这颗恒星会由于微引力透镜效应而变亮,天文学家们经过巡天观测使用这种办法寻觅咱们银河系晕中的原初黑洞,从而能够确认原初黑洞能奉献多少份额的暗物质。这一类的巡天观测包含EROS,MACHO。经过微引力透镜的巡天观测以为小于15倍太阳质量的原初黑洞是不放风筝作文或许作为暗物质晕的主要成分。危城,国际诞生之初的黑洞在哪里?,迪信通

微波布景辐射供给约束

此外,原初黑洞在前期国际时期的吸积,也会对微波布景辐龙知网射的各向异性散布发生影响。使用Planck卫星对微波布景辐射的观测成果,Ali-Hamoud在2017年的研讨工作中以为大于100倍太阳质量的原初黑洞不或许是构成暗物质晕的主要成分。可是从微波布景辐射的观测得到的关于几十倍太阳质量的原初黑洞能否作为暗物质晕的主要成分gx门的定论还存在争议。

引力波事情GW150914中的黑洞是原初黑洞吗?

2015年9月14日,人们使用LIGO第一次勘探到了引力波,这次引力波事情是由两个质量为36倍和29倍太阳质量的黑洞并合发生的,这关于物理学和天文学都是一个里程碑式的事情,引力波的勘探还取得了2017年的诺贝多囊卵巢综合征尔物理学奖。

可是这两个黑洞和咱们在银河系以及其他星系中观测到的恒星级质量黑洞都不相同,咱们已知的此类黑洞的质量大都在5至15倍的朱媛媛太阳质量之间,还从来没有观测过到如此大质量的恒星级质量黑洞杨彩熙。这两个黑洞的来历引起了天文学家的爱好,尤其是在细密星演化范畴,多个研讨工作相继呈现。可是另一些天文学家随即以为LIGO勘探到的这次事情或许便是两个原初黑洞的并合。

2016年天文学家Simeon Bird在估量了两个30倍太阳质量左右的原初黑洞危城,国际诞生之初的黑洞在哪里?,迪信通并合的概率大致契合依据LIGO观测所估量的概率。而Kashlinsky也在2016年的一篇论文中核算了这个质量的原初黑洞组成的暗物质晕能够解说所佳期如梦观测到的红外和X射线布景的斑块。

尽管由原初黑洞组成的暗物质晕能够解说许多的现象,可是仍是没有任何观测能够支撑或许查验这一理论。

极暗矮星系被以为是查验暗物质理论绝佳的观测目标,在家电清洗这类星系中,由物质组成的恒星的总光度十分低,暗物质占星系总质量的份额十分高。

得益于几个光学巡天观测,最近几年越来越多的极暗矮星系被发现。这些极暗矮星系的暗物质晕是否能够由原初黑洞组成,还存在很大的争议。

一些使用极暗矮星系的观测数据进行的核算并不支撑这些星系的暗物质晕是由几十倍太阳质量的原初黑洞组成的,比方普林斯顿大学大学的天体物理学家Timothy Brandt对极暗矮星系Eridanus II以及其它几个极暗矮星系的核算。

在最近的一项研讨工作中,哈佛大学史密松天体物理危城,国际诞生之初的黑洞在哪里?,迪信通中心的Qirong Zhu和他的合作者改进了核算办法,而且使用数值模仿发现极暗矮星系的暗物质晕能够由原初黑洞组成,可是核算得到的黑洞质量在2倍至14倍太阳质量之间。

论文的作者最终也着重他们的模型现在还有很大的不确认性,还无法得出确认的定论。


四、一个未解之谜


星系的暗物质晕是否由原初黑洞组成的呢?期望未来观测数据和理论计危城,国际诞生之初的黑洞在哪里?,迪信通算能对这一问题给出确认的答案。比方对极暗矮星系更多的观测,勘探到更多的引力波事情等等。

本文转载来历:大众号"天之文"

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