暗物质是由什么弄成的？新的研究支持“原始”黑洞的情况

By Paul Sutter published 19 hours ago

Black Holes

按照最新研究，原始黑洞能够居住现代日子宇宙，使它们对暗物质的现象负责的。

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 一个拖着围绕它的空时的黑洞的例子。(Image credit: Stanford University/Robert Lea (created with Canva))

在极早期的宇宙中，原始黑洞能获得一个暗电荷，给它们一个不自然的长寿命。新的研究表明这使它们成为一个有趣的暗物质的异域候选。

在20世纪70年代，史蒂芬·霍金发现黑洞不完全是黑的。通过一个它们的事件地平线和围绕它们浸润空时的量子场之间复杂的相互作用，它们能缓慢但稳定的发射辐射。这造成黑洞失去质量，事实上它们变得越小就越明亮的辉光，直到它们在一个粒子和辐射的淋雨中完全消失为止。

(Image credit: Robert Lea (created with Canva))

霍金然后很快意识到，早期宇宙的异域条件可能已经用来自空时本身极高密度的口袋时尚的原始黑洞淹没了宇宙。如果这些原始黑洞足够小，那么我们应该能够看到它们在现在日子正在蒸发。

一段时间，宇宙学家认为原始黑洞可能是暗物质的一个刚性候选，暗物质是出现构成几乎每个星系的大部分质量的神秘物质。唉，尽管几十年的观察，从来没有发现过原始黑洞蒸发的暗示。

但这还不是原始黑洞故事的结束。霍金的最初分析只研究了最简单种类的黑洞，一种没有任何电荷的。后来的研究发现了带电的黑洞能有远更长的寿命。但宇宙甚至在极早期的大爆炸是总体上电中性的，因此我们不指望任何原始黑洞来携带电荷。

按照由台湾大学杰西卡圣地亚哥领导的三月投递到在线预印本档案网站的新研究，除非它是一种我们还没有探测到的新种电荷。

随理论家们已经探索暗物质可能是什么的可能性，一些人已经理论化它可能是我们通常用物理学体验的一面镜子。可能有许多不同种类的暗物质粒子，它们都以不同的方式相互作用。如此，例如不是电子经由光子相互作用，而是可能有经由暗光子相互作用的暗电子——不仅仅是新粒子，而是对我们当前观测以一种完全隐藏的方式运作的全新自然力。

圣地亚哥和她的团队发现如果暗电子在早期宇宙中是丰富的，它们可以以一种正常电子不能做到的方式充电原始黑洞。这些带电的原始黑洞会然后有大大延长的寿命，是当前宇宙年龄的许多倍。这意味着这些黑洞仍然可能居住在现代日子宇宙中，使它们对暗物质的现象是负责的。

重要的是该团队发现暗电子本身不必粘着绕着。它们只需要出现在非常年轻的宇宙中，当它们参与充电黑洞时。一旦完成了，它们是自由的做任何它们想做的事情——包括从宇宙场景完全消失。

唯一要紧的是黑洞获得足够的电荷来稳定它们的衰变并防止它们蒸发。这样暗电子和暗光子的异域物理学能被乞灵，不用担心它们存在的长期后果。

这也可以解释为什么我们还没有看到任何蒸发的原始黑洞。它们只是没有足够的时间去衰变。

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这个假设是高度推测性的，但最有趣的是研究人员能够找到一种来得到原始黑洞形成的方法，然后让它们充电足够的延长它们的寿命，以一种使它们足够丰富来解释宇宙中已知的暗物质量的方式。

甚至来开始测试这个想法还有很多工作要做。例如，带电的原始黑洞不完美的隐藏呆着；否则我们就没有从来探测到它们的希望从而验证这一理论。因此一定有某种使原始黑洞以我们还没有看到的方式探测到的方法。

这是重要的下一步并为未来的工作保存，但至少现在我们能评价早期宇宙中黑洞的生命可能一直比我们——甚至史蒂芬·霍金——最初想的要复杂得多。