暗物质不是由黑洞构成的
科学家宣布他们利用激光干涉仪引力波天文台(LIGO)有史以来第一次发现引力波 。 从那时起 ， 在天文台之间进行了多次探测和科学合作-比如高级LIGO和高级处女座-允许空前程度的数据共享 。
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这一事件不仅证实了由爱因斯坦的广义相对论它也导致了天文学的一场革命 。 这也激发了一些科学家的希望 ， 他们相信黑洞可以解释宇宙的“失踪质量” 。 不幸的是加州大学伯克利分校的一组物理学家已经证明 ， 黑洞并不是长期有些人所认为的暗物质的来源 。
他们最近发表了研究报告 ， “Ia型超新星引力透镜对恒星质量致密天体暗物质的限制” 。
简单地说 ， 暗物质仍然是当今天文学家面临的最难以捉摸和最麻烦的谜团之一 。 尽管它占宇宙物质的84.5% ， 但所有试图发现它的尝试到目前为止都失败了 。 许多候选物质已经被提出 ， 从超轻粒子(轴子)到弱相互作用的大质量粒子(WIMPS)和质量致密光晕物体(MACHO) 。
然而 ， 这些候选物质的质量范围为90个数量级 ， 一些理论家试图通过提出可能存在多种类型的暗物质来解决这个问题 。 然而 ， 这将需要对它们的起源作出不同的解释 ， 这只会使宇宙模型进一步复杂化 。 正如MiguelZumalacárregui在最近的一次加州大学伯克利分校中所解释的新闻稿:
【暗物质不是由黑洞构成的】“我可以想象它是两种类型的黑洞 ， 非常重和非常轻的黑洞 ， 或者黑洞和新粒子 。 但在这种情况下 ， 其中一个组件比另一个组件重一个数量级 ， 它们需要以相当的丰度生产 。 我们将从天体物理学走向真正微小的事物 ， 甚至是宇宙中最轻的东西 ， 这将是很难解释的 。 ”
为了他们的研究 ， 研究小组对发现的740个最亮的超新星进行了统计分析(截至2014年) ， 以确定其中是否有任何一个被一个中间黑洞的存在放大或亮了 。 这种现象 ， 其中一个大物体的引力放大了来自更远天体的光 ， 被称为“引力透镜” 。
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对于地球上的观察者来说 ， 如果一个黑洞位于爆炸和观察者之间 ， 那么一颗大质量恒星的超新星爆炸就会变得更加明亮 。
基本上 ， 如果黑洞是宇宙中物质的主要形式 ， 那么引力放大的超新星就会因为原始黑洞而频繁发生 。 据信 ， 这些假设形式的黑洞是在宇宙大爆炸后的最初几毫秒内形成的 ， 那里的质量集中在几十个或数百个太阳质量上 ， 导致最早的黑洞形成 。
这个黑洞群体的存在 ， 以及任何巨大的致密物体的存在 ， 都会向地球引力地弯曲和放大来自遥远物体的光 。 对于遥远的Ia超新星来说尤其如此 ， 天文学家几十年来一直使用它作为测量宇宙距离和宇宙膨胀速度的标准亮度源 。
然而 ， 在对740超新星的亮度和距离进行了复杂的统计分析之后-联盟的580颗超新星和联合光曲线分析(JLA)目录中的740颗-研究小组得出结论 ， 8颗超新星的亮度应该比历史观测值高出10% 。 然而 ， 即使考虑到低质量的黑洞 ， 也没有发现这样的发光现象 。
Zumalacárregui说：“你不能在一颗超新星上看到这种影响 ， 但是当你把它们全部放在一起 ， 做一个完整的贝叶斯分析时 ， 你就会开始对暗物质施加很强的限制 ， 因为每个超新星都很重要 ， 而且你有很多超新星 。 ”
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根据一些理论 ， 最早的(原始的)黑洞形成于大爆炸之后的几毫秒内 。
根据他们的分析 ， 他们得出的结论是 ， 黑洞只占宇宙中暗物质的40% 。 在包括了来自万神殿目录(和更远距离)的1048个更明亮的超新星之后 ， 约束变得更加严格 。 有了这第二个数据集 ， 他们得到了一个更低的上限-23% 。
这些结果表明 ， 宇宙的暗物质中没有一个是由重黑洞或类似于MACHO这样的类似质量的物体组成的 。 “我们回到了标准的讨论中 ， ”Seljak说 。 “什么是暗物质？事实上 ， 我们已经没有很好的选择了 。 这对子孙后代来说是一项挑战 。 “
这项研究是基于Seljak在上世纪90年代末进行的早期研究 ， 当时科学家们正在考虑MACHO和其他质量物体可能是暗物质的来源 。 然而 ， 这项研究是有限的 ， 因为当时只发现了少数遥远的Ia型超新星 ， 或测量了它们的距离 。
此外 ， 对暗物质的搜索很快就从大物体转移到基本粒子(如wimp) ， 因此 ， 后续研究的计划没有实现 。 但由于LIGO对引力波的观测 ， 黑洞与暗物质之间的可能联系再次出现 ， 并激励Seljak和Zumalacárregui进行分析 。
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Seljak说：“有趣的是 ， LIGO事件中的黑洞质量在黑洞尚未被排除为暗物质的情况下是正确的 。 这是一个有趣的巧合 ， 每个人都很兴奋 。 但这是个巧合 。 “
暗物质理论是在20世纪70年代“相对论黄金时代”正式采用的 ， 用来解释宇宙中物体的表面质量与观测到的引力效应之间的差异 。 似乎半个世纪后 ， 我们仍在试图追踪这个神秘的、无形的物质 。 但是随着每一项研究 ， 暗物质都受到了更多的限制 ， 可能的候选人也被淘汰了 。
如果时间允许的话 ， 我们可能会解开这个宇宙之谜 ， 离了解宇宙是如何形成和进化的更近一步 。
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