首页 > 科技

充满原始黑洞的宇宙会是什么样子?

时间:2020-07-28 09:50:24 来源:新浪网

  据国外媒体报道,充满原始黑洞的宇宙会是什么样子?2016年,激光干涉仪引力波天文台(LIGO)团队宣布,2015年9月检测到的引力波信号源自距离地球约13亿光年处两个黑洞的碰撞。这是人类首次发现引力波,让全世界的研究者既惊讶又兴奋。碰撞产生引力波的两个黑洞,其质量分别约为太阳的36倍和29倍。

  这一发现具有重大的意义,除了发现者荣获2017年诺贝尔物理学奖外,也带来了一个奇怪的小惊喜。形成这些时空涟漪的黑洞具有非常不一般的质量,甚至足以开启一个令人着迷的可能性:这两个黑洞可能是在宇宙诞生不到一秒钟的时候形成的。

  黑洞的形成

  天文学家已经知道黑洞在现代宇宙中是如何形成的。首先要有一颗恒星,质量越大越好,至少是太阳质量的8倍。接着,等这颗恒星燃烧掉它所有可用的氢,通常这需要几千万年,但在宇宙学尺度中,这点时间不算什么。

  在这颗恒星的生命结束时,它会在巨大的能量中毁灭自己,这就是超新星爆发。在超新星爆发的火焰中,核心的密度可以达到一种足够密集的状态,以至于没有任何东西可以抵抗其向内牵拉的引力。因此,在恒星向外爆发的同时,它的另一部分不断向内坍缩、折叠,直至湮灭形成一个黑洞。

  恒星质量越大,其形成的黑洞就越大,这也是LIGO的探测结果如此有趣的原因。两个相互碰撞的黑洞的质量分别是太阳的36倍和29倍。要制造出这么大的黑洞,要么是从一颗大得可怕的恒星开始,其质量超过太阳100倍;要么需要有大量较小的黑洞,由它们合并形成大的黑洞。

  目前,这两种情况似乎都不太可能出现。如此巨大的恒星在宇宙中根本不存在(至少现在看来是这样),而已知的黑洞合并也没有常见到足以形成这样的恒星。于是,天文学家想到,也许这些黑洞有另一个不同的起源。

  大爆炸与黑洞

  早期的宇宙是疯狂的,当时的温度和压力是后来再也没有出现过的,其中的相变过程震撼了整个宇宙,也改写了自然的法则。

  在宇宙诞生时,如果条件合适,任何一团古老的气体都可能会自发地缩小,形成任意大小的黑洞:质量从几千克到太阳的数千倍不等。对于每个研究这些原始黑洞问题的理论物理学家来说,至少存在一种假设的黑洞产生机制,能将暴胀理论和宇宙碰撞等一切内容囊括在内。

  因此,在某种意义上,用原始黑洞来解释LIGO探测到的宇宙早期结果并不困难:在这个理论中,黑洞具有合适的大小范围和丰富程度,经过几十亿年的演变,就一定会发生合并事件。但是,如果想让宇宙充满在大爆炸后极短时间内产生的黑洞,仅仅依靠碰撞、合并是不够的。

  在黑暗中寻找

  充满原始黑洞的宇宙会是什么样的?这是一个很重要的问题,如果要验证上述假设,我们就需要回答这一问题。

  一方面,黑洞可能会随机地撞向其他物体,并通过引力吸引其他物体,这通常会造成混乱。千克质量的黑洞撞击地球可能就会引发地震。一个平静的黑洞可能会破坏联星系统,或者扰乱整个矮星系。黑洞撞击中子星可能引发可怕的爆炸。即使是假想的太阳系第九行星也有可能是一个比网球还小的黑洞。

  另外,在潜在可探测性方面,黑洞并不是百分之百全黑的:它们可能会通过量子力学过程发出微弱的光,这一过程被称为“霍金辐射”。大型黑洞几乎不会发光:一个与太阳质量相当的黑洞每年都会辐射出一个光子,需要10^60年的时间才能失去全部质量。但较小的黑洞可以在更短的时间内爆发,并在这个过程中释放出巨大的能量。

  爆发的黑洞可能破坏了早期宇宙,改变了元素的丰度或宇宙微波背景的外观。这些黑洞还可能是我们在天空中看到的一些伽马射线爆发的原因。

  不过,尽管天文学家做了种种努力,仍然无法调和原始黑洞的存在与我们所看到的宇宙之间的关系。在理论上,对于每一种可能的观测途径,原始黑洞造成的混乱如此之严重,应该是能够被我们探测到的。换句话说,尽管要解释LIGO观测到的合并黑洞的质量十分困难,但如果这些黑洞所处的宇宙是原始的,那我们应该可以通过其他方式来进行探测。

关于我们 | 广告服务 | 商务合作 | 招聘信息 | 联系我们 | 免责声明

企业新报网www.lcxgyy.com 版权所有 (c) All Rights Reserved.

未经企业新报网书面特别授权,请勿转载或建立镜像