一个“原始的”黑洞可能每十年疾驰过我们的太阳系

By Charles Q. Choi

 published 17 hours ago

Black Holes

 “如果在那里有很多黑洞，它们中的一些一定肯定时不时的穿过我们的后院” 。

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在我们太阳系中一个可见的黑洞的描画。(Image credit: buradaki/Getty Images)

一项新研究发现，如果就像一些研究人员怀疑的那样在大爆炸后一秒的一个分数诞生的微观黑洞存在，那么每十年至少一个可能飞过太阳系，产生科学家能检测的微小引力扭曲。

这些发现提示如果天文学家能够发现并证实这种引力扰动的存在，他们可能能够来解决暗物质的本质背后的秘密，许多研究人员怀疑这种看不见的物质构成宇宙中所有物质的约六分之五。

许多研究人员提出暗物质可能由未知的粒子组成，但迄今为止已经没有来发现可能是暗物质的新粒子的实验。因此，科学家们正在探索的一种来解释暗物质的替代方案是所谓的原始黑洞，自时间的黎明以来已经存在的黑洞。

先前的研究提示宇宙中约86%的物质是由一种基本上看不见的叫暗物质的物质组成。科学家们从暗物质对日常物质和光的引力效应推断暗物质的存在，但目前仍然不确定它可能是由什么组成。

黑洞从它们的巨大引力拉力得名，引力拉力是如此强大以致光甚至不能逃脱。如果一个黑洞不放弃它的存在——例如通过撕裂开一颗恒星——它可能仍然相对太空的黑暗不可探测的。

几十年来，天文学家已经探测到了许多黑洞，从典型的约太阳质量的5到10倍的恒星质量黑洞到数百万个到数十亿个太阳质量的超大质量黑洞。相比之下，这项新研究检查了原始黑洞，之前的研究提示原始黑洞的质量可能只是约一颗典型小行星的质量，即大约1100亿到110千万亿吨（1000亿到1000万亿公吨）。

加州大学圣克鲁斯分校的理论物理学家盖勒（Sarah Geller）告诉太空网站，“我们在我们的工作中考虑的黑洞是至少比太阳更轻100亿倍，大小几乎不比一个氢原子更大”。

艺术家的在M87星系中超大质量黑洞的印象。(Image credit: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF))

当一个天体是如此密它在它的自身引力下坍缩时黑洞发生。先前的工作提示大爆炸后不久，在宇宙尺寸大幅扩张之前在新生宇宙中物质的密度的随机波动导致了一些团块变得足够密来形成黑洞。

先前的研究提示幸存到现在日子的原始黑洞可能构成大部分或全部暗物质。基于这项工作，这项新研究检查了原始黑洞可能多经常飞过太阳系以及是否它们可能对可见天体产生科学家可以检测到的影响。

盖勒说，“如果在那里有很多黑洞，它们中一些肯定时不时穿过我们的后院”。

盖勒说，最初研究人员“考虑了如果一个黑洞穿透地球的地壳或穿过我们的大气层或者在月球上留下一个陨石坑什么会发生，我们甚至问我们自己如果这些微小黑洞中的一个击中人类会发生什么” 。

然而，盖勒解释说 “这些想法的每一个撞上同样的问题。在浩瀚的太空中，一个人、月球甚至地球都是一个非常小的目标，一个黑洞直接击中它们的机会是微小的” 。

相反，盖勒说 “我们需要的是一个足够大让黑洞来定期经过的系统，但要足以精确测量到让我们看到一些效果，这是当我们开始考虑在太阳系中天体的轨道的精确的测量的时候。原则上一个原始黑洞的引力拉力“可能在太阳系中天体的轨道中产生足够大让我们来测量的摆动” 。

科学家们终结在集中在太阳系的内行星附近飞的原始黑洞上——水星、金星、地球和火星。他们发现了如果原始黑洞存在，它们可能是足够丰富，每十年至少有一个黑洞飞越内部世界一次。他们补充说，自从技术能够检测到这种扰动已经上线以来可能已经发生了几次飞越。

盖勒警告 “我们不是正在做出以下任何宣称——原始黑洞确定的存在，它们构成大部分或全部的暗物质或者它们肯定的在我们的太阳系中”。相反，他们说如果原始黑洞存在并构成大部分的暗物质，“那么一定每1年到10年一个旅行穿越太阳系内部”。

科学家们还指出，他们的发现是基于相对简单的计算机仿真，没有需要来分析有关太阳系内部轨道的真实数据的精度。

麻省理工学院的理论物理学家、该研究的合著者本杰明·莱曼告诉太空网站，“为做出明确的声明，我们将需要与用更复杂的计算方法建模太阳系的同事工作”。他补充说他们还需要来定下如何弄清楚什么可能是一个原始黑洞的真实信号，什么可能只是落入从任何测量预期的误差范围。

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科学家们现在正在讨论与巴黎天文台的太阳系仿真小组合作来分析现有轨道数据的可能性。莱曼说 “他们是一些关于将被需要来使这一分析成为一个现实的复杂仿真方法的顶尖专家。一旦我们开发一个能被用来搜索全部真实数据的完整模型，那么我们将必须调查后续观测是对我们可能记录的任何信号最合适的” 。

盖勒警告说这种经由它们的引力效应寻找原始黑洞的方法“对区分一个原始黑洞和其它一些质量相似的不寻常天体之间不是完全充足的”。她指出如果这种策略确实检测到一个潜在的原始黑洞，“我们能触发后续观测来排除其他可能性。天文学家事实上惊人的擅长在我们的太阳系中发现更轻的天体比如小行星，而用一个望远镜直接观测一个小黑洞毕竟最可能不显示任何东西” 。

科学家们于9月17日在《物理评论D》杂志上详细介绍了他们的发现。