黑洞是暗物質嗎？

黑洞是宇宙中最迷人的天體。天文學家通過探測X射線和引力波，已經發現了許多由恆星坍縮形成的恆星級黑洞，他們甚至還通過事件視界望遠鏡（EHT）拍攝到了位於星系中心的超大質量黑洞的視覺證據。但在宇宙中，還有一類假想的黑洞正廣泛地被全世界的天體物理學家研究，那就是原初黑洞（PBH）。

正如原初黑洞的名字所暗示的那樣，它們被認爲是在大爆炸後還不到一秒的時候產生的，也就是說它們出現在相當早期的宇宙中。

一些物理學理論認爲，在宇宙形成時的很短很短的瞬間，空間並不是完全均勻的，因此，可能當時那些密度和溫度較高的區域便坍縮成了黑洞，也就是原初黑洞。 根據原初黑洞 在不到一秒內具體的形成時間不同，它們可能具有非常不一樣的質量和相關特徵 。

原初黑洞的神秘特性也讓一些天文學家將它們和另一種未知現象聯繫在了一起，那就是在宇宙中的暗物質。一些理論物理學家一直在探索這樣一種可能性：原初黑洞是否構成了暗物質。

一組研究人員最近開展了理論研究，進一步評估了最初成團的原初黑洞可能是暗物質候選體的假說。在這項新發表於《物理學評論快報》上的研究中，他們提出了一個相對簡單的論點，似乎已經可以排除這種可能性。

成團的原初黑洞

關於原初黑洞，理論物理學家一直想要探索的一個基本問題是，它們是否對宇宙中的暗物質丰度做出重大貢獻。對此，LIGO-Virgo-KAGRA合作組收集了大量的引力波觀測結果。從這些觀測數據所推算的約束條件來看，這種可能性非常小。

然而，近期一些研究發現，原初黑洞在形成時的成團性，或者可以理解成它們的聚集程度，或許會通過一些相互作用改變它們的併合率，而這種變化有可能讓某些關鍵數值落入LIGO-Virgo-KAGRA觀測所設定的約束範圍內，這就讓這種貢獻變得有可能。

成團原初黑洞或許能產生一種特性。緊湊的原初黑洞會產生一個巨大的單一透鏡，它們能“躲避”現有的微引力透鏡的相關約束，無法被現有的任何微引力透鏡研究探測到。

這讓天文學家從而產生了一種想法，如果恆星質量大小的原初黑洞在形成時是明顯聚集在一起的，擁有一種很強的初始成團性，它們就可以避開目前由微透鏡所設置的約束，也就有可能是暗物質的主要成分。但這種說法尚未被任何研究文獻證實。

兩種約束

受到這種說法的影響，這項新的理論研究進行了相關調查。在他們的分析中，團隊將先前天文觀測所設定的微透鏡約束，與一種被稱爲萊曼α森林的數據相結合。

萊曼α森林是一種吸收現象，它可以用天文光譜學工具進行觀測，在遙遠的星系和類星體的光譜中呈現爲吸收線。這些吸收線已經成了天體物理學中一種有力的探針，尤其是在調查宇宙中的密度漲落研究中格外有效。

在論文中，研究人員表明，萊曼α森林的數據說明，爲了規避現有的微透鏡約束，原初黑洞需要的是弱成團，而非強成團，這與普遍存在的理論觀點相矛盾。或者更直接地說，由於兩種約束的存在，可以排除恆星質量的原初黑洞在形成時的大空間成團的情況。

因此，我們在理論上也就不可能通過提高恆星質量的原初黑洞的初始成團性，規避掉現有的約束，使它成爲暗物質的候選體。

更多謎團

如果原初黑洞質量與恆星質量相當，這項分析已經排除了原初黑洞是暗物質的可能性。但在接下來的研究中，團隊計劃進一步研究原初黑洞的作用，看看它們是否可以解釋其他有趣的天文觀測結果，比如高紅移星系的存在。

#創作團隊：

撰文：Gaviota

排版：雯雯

#參考來源：

https://phys.org/news/2022-11-clustered-primordial-black-holes-dark.html

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.191302

#圖片來源：

封面圖&首圖：Pixabay