計算機模擬的黑洞圖

你是否知道目前宇宙對于人類而言，最大的謎題之一就是暗物質(zhì),。它們無法被觀測到,，卻因為其巨大的數(shù)量和質(zhì)量產(chǎn)生的引力而被天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，宇宙中大約有80%的物質(zhì)是我們無法觀測的“暗物質(zhì)”,。

然而,，除了引力之外，暗物質(zhì)幾乎與任何其他可見物質(zhì)有相互作用,，無論是恒星,、行星、塵埃,、原子,、亞原子、科學(xué)儀器,、以及所有的其他的非暗物質(zhì),，都找不到和暗物質(zhì)相互作用的痕跡。

而現(xiàn)在,，這個困擾了人類近百年之久的宇宙之謎,，也許在明年之內(nèi)，會有一個非常大的突破,！

NASA的宇宙學(xué)家Alexander Kashlinsky說,，最近引力波的發(fā)現(xiàn)有助于進一步探索暗物質(zhì)的秘密。他認為,，碰撞產(chǎn)生引力波的黑洞尺寸并不是很出奇,，有可能是宇宙大爆炸那一瞬就形成的一部分物質(zhì)。因此,，這也意味著構(gòu)成宇宙大部分物質(zhì)的暗物質(zhì)根本不是外來粒子,，可能只是一個遍布無數(shù)黑洞的地獄。

如果Kashlinsky的預(yù)測是正確的,，那就是說,，在宇宙形成之初，在第一顆恒星誕生的數(shù)百萬年以前,，全宇宙已經(jīng)有差不多五分之四的物質(zhì)被黑洞吞噬了,。而在我們四周，彌漫著從遠古時期就存在的暗物質(zhì),，“暗中操縱”著所有可見的“普通”物質(zhì),。

神秘黑暗的起源

被稱為Abell 1689的巨型星系團

加州理工學(xué)院的天文學(xué)家Fritz Zwicky,，在1933年首次提出了暗物質(zhì)的概念,。

Zwicky試圖測定后發(fā)星系團的運動,，其距離地球月22億光年，由數(shù)十億顆恒星組成,。為了測定星系團的運動,，Zwicky測量了整個星系團的亮度變化和星系移動速度。

利用加州理工專門為他建造的天文望遠鏡,，Zwicky測量了這些星系的平均速度,，并通過愛因斯坦的相對論計算出星系團的質(zhì)量，最后拿這些數(shù)據(jù)來比對觀察到的星系團亮度,。

然后Zwicky傻眼了,，他發(fā)現(xiàn)整個星系團太暗了，以至于無法說明星系的運動,，同時計算出來的星系團質(zhì)量又遠超所有恒星只和,。最終Zwicky認為有無數(shù)無法觀測的“暗物質(zhì)”潛伏在星系團之間，這才能讓他的觀察和計算數(shù)據(jù)得到合理的解釋,。

從那以后,，天文學(xué)家從很多觀測中都發(fā)現(xiàn)的暗物質(zhì)的引力影響，在宇宙每個角落都充斥著暗物質(zhì),，在暗中影響著天體的運動,。

目前，關(guān)于暗物質(zhì)有兩種主流的解釋,，但其中必然只有一個是正確的,。

暈內(nèi)大質(zhì)量高密度天體 vs. 弱相互作用重離子

藝術(shù)家制作的黑洞效果圖

黑洞很快就成了暗物質(zhì)最重要的研究對象,。畢竟黑洞不發(fā)光,、擁有巨大的質(zhì)量和密度，幾乎是不可見又具有巨大引力的最完美結(jié)論,。而根據(jù)Zwicky等天文學(xué)家的測算,，它們可能是環(huán)繞隱藏在星系外圍，因此科學(xué)家稱其為“暈內(nèi)大質(zhì)量高密度天體”（MACHOs）,。

科學(xué)家認為MACHOs是宇宙大爆炸一瞬間形成的,，是大爆炸產(chǎn)生的超熱能量冷卻形成的第一批亞原子物質(zhì)（這些物質(zhì)最終形成了原子、氣體,、星體等等）,。

這些原始的黑洞充斥著整個空間，然后開始形成第一顆恒星,，第一個星系,，直到數(shù)百萬年之后行星產(chǎn)生。這些黑洞默默地影響這宇宙的運行,，要知道,，每一顆明亮的恒星背后，都有相當(dāng)于四顆恒星質(zhì)量的物質(zhì)被黑洞吞噬鎖定,。

他們也會在最深,、最古老的宇宙圖像上留下一個印記，稱為宇宙背景輻射,。這種輻射是大爆炸后400000年微弱的能量余輝留下的,，當(dāng)亞原子粒子最后冷卻，冷凝成原子,。

但是MACHOs的理論很快就引起了爭議,。

“關(guān)于暗物質(zhì)就是很多黑洞的假說已經(jīng)有很長時間了?！蔽鞅贝髮W(xué)的天文學(xué)家Vicky Kalogera說道,，“如果這是真的，那我們應(yīng)該在宇宙微波背景中看到很明顯的印記,，但是并沒有,。”（宇宙微波背景,，The cosmic microwave background,，CMB，是早期宇宙最著名的輻射標(biāo)識）

引力透鏡或“愛因斯坦環(huán)“,。藍色光環(huán)其實是一個紅色星系背后的星系，時空扭曲和光彎曲之后看起來像一個鏡頭,。

研究人員還在尋找原始黑洞扭曲空間彎曲光形成的小引力透鏡,，“微透鏡”。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多引力透鏡,，如上圖所示,，但“微透鏡”一直沒有找到，即原始黑洞在一個明亮星系之前形成的引力透鏡至今沒有發(fā)現(xiàn),。

所以近年來,，比較流行的觀點認為暗物質(zhì)可能是由弱相互作用重粒子（WIMPs）組成的，WIMPs被認為是一種幽靈粒子（中微子）,，有極大的質(zhì)量,，卻能穿過幾乎所有“普通”物質(zhì)，所以很難被觀測到,。

科學(xué)家們伸頭查看一臺超低溫暗物質(zhì)探測器

但現(xiàn)在WIMPs的研究面臨著不小的問題。很多實驗室都采用超低溫探測器在地底深處尋找暗物質(zhì),，但經(jīng)過幾年的探索,，至今一無所獲,。Kashlinsky在email中寫道：“這樣的探測已經(jīng)進行相當(dāng)長的時間，但至今沒有找到關(guān)于暗物質(zhì)的有力蹤跡,?！边@也是為什么引力波的發(fā)現(xiàn)讓Kashlinsky和他的同事無比興奮。

黑洞碰撞和微透鏡

計算機模擬黑洞碰撞——人類有史以來第一次觀測到引力波

2016年2月,，科學(xué)家成功觀測到引力波，將人類對宇宙的認知提升了100年,。

這一引力波的來源是兩個黑洞的碰撞,，一個質(zhì)量相當(dāng)于29個太陽，另一個相當(dāng)于36個太陽,。碰撞過程中大約3被太陽質(zhì)量的能量被轉(zhuǎn)換成引力波，對時空的扭曲讓地球上的科學(xué)家在10億年后的今天都能夠觀察到,。

在這一發(fā)現(xiàn)的核心是激光干涉引力波天文臺（LIGO）,，由15個國家共同投資、900的科學(xué)家,、花費10億美元的實驗,，從2002開始就在尋找觀測引力波的跡象,。

這次碰撞的黑洞尺寸應(yīng)該是比較罕見的，這一發(fā)現(xiàn)再一次促進了MACHOs的假說,。Kashlinsky認為宇宙微波背景對于原始黑洞的記載可能不夠詳細,。他說：“就像我們做披薩餅,，當(dāng)你拉開面團時,，你會發(fā)現(xiàn)上邊出現(xiàn)了很多小洞。對宇宙來說，這可能出現(xiàn)很早期的時候,，在有物質(zhì)形成之前,。”

宇宙原始黑洞可能在宇宙微波背景中能找到印記

Kashlinsky可能已經(jīng)在宇宙紅外線背景（CIB）和宇宙X光背景（CXB）中找到了MACHOs的印記——“宇宙面團上的小洞”,?？傊且恍┯幸恍o法解釋的斑塊,，有可能是原始黑洞留下的印記,。

但2016年六月第二次發(fā)現(xiàn)的引力波對Kashlinsky的理論卻不是很有利,，主要是因為這次引力波來自于一個8倍太陽質(zhì)量的黑洞與一個15倍太陽質(zhì)量的黑洞的碰撞,，而按MACHOs假說，宇宙原始黑洞的質(zhì)量應(yīng)該至少是10倍或者20倍太陽質(zhì)量以上,。

Kashlinsky對此并未動搖,，他始終認為原始黑洞極有可能就是暗物質(zhì),。

最終的證明

歐洲太空總署的歐幾里得“暗宇宙”望遠鏡概念圖

Kashlinsky和他的團隊基本上有三種方式來支撐他們的學(xué)說,。

第一就是等,。等LIGO不斷地檢測到30倍太陽質(zhì)量的黑洞,，那么MACHOs的理論將難以忽視。他說：“我們應(yīng)該在幾年之內(nèi)就能知道答案了,，因為LIGO九月將開始新的探測,，如果我們每一到兩周都能發(fā)現(xiàn)這樣規(guī)模的黑洞，那么我們就會有足夠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來支持這一理論,?！?/p>

除了坐等，Kashlinsky團隊最近提出了一個更集中搜索由原始黑洞產(chǎn)生的微透鏡的計劃,?！澳憧纯次覀冏约旱男窍担@里應(yīng)該有10到1000億個原始黑洞,，偶爾就會有一些出現(xiàn)在一顆恒星前面,，那樣就能看到效果了?！彼f,。

除此之外，Kashlinsky團隊還致力于一個叫歐幾里得的宇宙背景望遠鏡,，這個望遠鏡計劃2020年升空,。這個叫LIBRAE的項目比當(dāng)年NASA的COBE要更精準(zhǔn)完善，COBE是NASA的太空望遠鏡,，曾繪制了迄今最好的宇宙背景輻射圖,，也顯現(xiàn)出原始黑洞留存的印記——面團上的小洞。

Kashlinsky表示他自己不是賭徒,，這次有強烈的自信他將通過原始黑洞的研究揭開暗物質(zhì)的神秘面紗,。

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