暗物质帮助黑洞在婴儿宇宙中成长到怪物大小？

(2024-09-30 09:07:18)

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published 18 hours ago

“当宇宙不到10亿岁老时发现超大质量黑洞就像在一个侏罗纪沉积岩中恐龙骨骼中某些些哺乳动物骨骼一样。”

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一个超大质量黑洞相对一个暗物质网。(Image credit: Robert Lea (created with Canva))

新的研究提示暗物质衰变可能已经帮助黑洞在婴儿宇宙中相对早期成长到巨大的超大质量。如果这是真的，这可能帮助解释有詹姆斯·韦伯太空望远镜做出的宇宙的一些最令人困惑的观测。

自2022年夏天詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）开始将数据束射回地球以来， 138亿岁老的宇宙中有早在5亿年进入生命的质量为太阳数百万甚至数十亿倍的超大质量黑洞的探测已经困惑了科学家们。这是因为应该要用至少10亿年让黑洞达到“超大质量状态”

一个来解释早期黑洞如何得到一个起头开始的假设提示它们直接的从巨大的气体和尘埃云诞生。然而，这项新的研究摆出宇宙的最神秘的物质暗物质是这一过程的催化剂。

加州大学洛杉矶分校（UCLA）的天体物理学家、研究小组成员亚历山大·库森科告诉太空网站，“当宇宙不到10亿岁老时发现超大质量黑洞就像在一个侏罗纪沉积岩中恐龙骨骼中某些些哺乳动物骨骼一样”。

“我们发现了来自暗物质衰变的辐射可能造成一些大型气体云来坍塌成超大质量黑洞，解决它们的起源的秘密” 。

解决有另一个秘密的一个秘密

暗物质目前被考虑为是物理学中最杰出的秘密之一，因为尽管它占宇宙中物质的85%左右，但科学家们不知道它是什么。

研究人员知道暗物质不能被构成恒星、行星、卫星、小行星和我们身体中包含的组成普通物质的原子的相同“物质”弄成。这是因为暗物质似乎不与电磁辐射（光）相互作用，而电子、质子和中子真的相互作用。

这种缺乏与光的相互作用也令人沮丧的使暗物质对我们效果上是不可见的，科学家只能经由它的与引力的相互作用以及这种相互作用对普通物质和光的影响来推断它的存在。

一个显示宇宙中多少质量由暗物质构成的图表。(Image credit: Robert Lea (created with Canva))

暗物质可能不与光相互作用，但在某些模型中这种物质的一个被拟议的属性不得不与它的更不稳定的粒子来做，这些粒子确实释放光子即光的基本粒子。该团队认为这种辐射可能是超大质量黑洞增长难题中缺失的一块。

库森科解释说，“引力能挤压一个气体云并迫使它来坍塌，因此，一百万太阳质量的云可能导致一百万个太阳质量黑洞的形成似乎可能的，在现实中这不会发生，因为引力工作在所有距离尺度上，它造成一个大云的小部分在整个云有机会来坍塌之前首先坍塌。因此不是一个巨大的黑洞我们最终得到一堆更小的气体云"。

他补充说，如果有什么东西不用影响长距离坍塌反短距离的引力作用，这可能刺激一个大量气体“直接坍塌”成超大质量黑洞。一个可以反引力的东西是压力。

库森科继续说道，“如果气体云长时间仍然热，它不能分裂成更小的晕，因为热气体有更大的压力，足以强来反引力的拉力。只要温度足够高这是真的”。然而，如果气体冷却压力降低，引力能在许多小区域中占上风，在引力有一个将整个云拉入一个单一黑洞机会之前这些小区域坍塌成致密的天体” 。

这种冷却发生因为尽管在早期宇宙中的绝大多数气体由氢原子组成，恒星已经没有过来锻造更重的元素并用超新星爆炸扩散它们的机会。这些氢原子中的大多数会像台球一样无休止的彼此反弹，除非它们被结合成一个有旋转能级能被原子碰撞激发的分子。

库森科补充道，“然后，激发的分子能辐射掉能量并恢复到它的初始状态，为与一个氢原子的另一次相互作用做好准备。氢分子随它们吸收热能并将它辐射掉变成冷却剂。因此，氢分子越多，冷却速度就越快。暗物质粒子能衰变，产生辐射，这能分解氢的分子” 。

这样，来自衰变暗物质的辐射可能许可在早期宇宙中的巨大气体云来坍塌和诞生第一个超大质量黑洞的时间。

库森科补充道，“如果发生这种情况，热气的直接坍塌成超大质量黑洞变得可能的”。