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2024-10-21 11:08

宇宙初期的黑洞可以揭示不可见物质

新的理论研究表明,暗物质在与微小的黑洞相互作用时会产生微弱的闪光。这些闪光有一天可以帮助科学家定位和研究到目前为止还看不见的神秘物质。

暗物质构成了宇宙中几乎每一个星系的绝大部分质量,但其确切性质仍然困扰着科学家。它有引力,但不与光相互作用,也不产生自己的光,所以我们只能通过它与其他一切的引力相互作用来间接证明它的存在。

在这种情况下,研究人员不顾一切地编造任何可能使暗物质更加可见的场景。那么为什么不用黑洞呢?这听起来像是一个荒谬的问题:黑洞会吞噬任何靠近它们的光,它是如何让暗物质发光的?但研究人员已经提出了一个可能使其成为可能的方案。他们在9月20日的预印本数据库arXiv上报告了他们的发现。(研究结果尚未经过同行评审)。

研究人员认为,暗物质原则上可以与普通物质相互作用(并在此过程中产生光),但由于某种原因,通常不会。也许这种相互作用需要一定的能量,如果没有中介粒子做功,这种能量是无法获得的,或者是被禁止的。黑洞可以提供克服这些障碍所需的途径,让暗物质发光。

但并不是所有的黑洞都能做到这一点,只有超微小的原始黑洞才能做到。这些黑洞并不是巨星的残余物,而是极早期宇宙混沌时代的残余物,在那里物质和能量被自发压缩,形成了黑洞。太初黑洞最早是由斯蒂芬·霍金提出的假设,但到目前为止,观测还没有发现任何黑洞。如果它们真的存在,那也是非常罕见的。

像所有的黑洞一样,原始黑洞会蒸发霍金辐射,霍金辐射是斯蒂芬·霍金发现的一种奇怪的量子效应,在这种效应中,虚粒子在黑洞边缘附近突然出现,一些粒子能够逃脱。黑洞越小,它发出的辐射就越多。所以质量和小行星差不多的原始黑洞会在今天的宇宙中释放出大量的辐射。

黑洞发出的辐射不仅仅是光包或光子。它几乎是所有的粒子,包括暗物质粒子。当原始黑洞衰变时,它们会释放出暗物质粒子,然后这些暗物质粒子会为周围的任何暗物质粒子提供能量,从而引发一连串的反应,短暂地释放出可见光。

研究人员预测,这些信号通常会以伽马射线闪光的形式出现。它们太弱了,目前的实验无法探测到,但未来的天文台,比如美国宇航局提议的全天空中能量伽马射线天文台探测器(AMEGO-X),可能具有发现这类信号所需的灵敏度和分辨率。