你是不是合计黑洞离咱们的活命很远方?但对一些物理学家来说,迟迟找不到的暗物资让他们开心驯顺,黑洞也曾穿过了地球开云kaiyun体育,仅仅咱们莫得发现。
一般的黑洞是在恒星挥霍核燃料后形成的,经该门道产生的黑洞质料一般皆比太阳质料更大。如若一颗比太阳还重的黑洞穿过地球,不要说地球,通盘太阳系的轨谈皆会被它搅得前俯后合,打击收尾堪比《三体》中的“光粒”,东谈主类不成能把稳不到——如若说没发现,那也只能能是东谈主类文静在发现这么的黑洞之前就也曾被它糟塌了。
黑洞念念象图(图片开首:pixabay)
原初黑洞
但最近一篇发表在《暗宇宙物理学》(Physics of the Dark Universe)上的论文将眼光投向了另一种黑洞,原初黑洞(primordial black hole)。这种黑洞是宇宙大爆炸时,因为局部密度涨落产生的微型黑洞,这么的黑洞质料可能只终点于一颗小行星,体积则只须一颗原子大小。咱们不雅测不到这么的黑洞,但它会对外有引力作用,亦然暗物资的候选因素。
论文认为,如若宇宙中真的存在原初黑洞,那它可能在宇宙中催生一些空腹小行星,也有可能在地球的陈腐岩石中留动径直的细简略,咱们不错通过这些现象来寻找原初黑洞。
原初黑洞默示图(图片开首:NASA)
原子大小的原初黑洞可能会被小行星拿获,如若小行星的中枢又是熔岩构成的,那么就可能产生一种情况:小行星中心的熔岩皆被中枢的原初黑洞合并,外层的岩石空壳因为是固体,凭借着自己的强度抵牾着引力向内坍缩的趋势。最终,这颗小行星会变成一颗空腹小行星。论文计较发现,关于宇宙中常见的物资,比如花岗岩或铁,只须它们的大小不跨越地球半径的 1/10,那么材料的强度就不错抵牾引力的拉伸。是以,如若咱们在宇宙中发现了密度很低,大小不跨越地球半径 1/10 的小行星,就有可能是原初黑洞导致的空腹小行星。
事情到这里看起来还算成例天体裁的范畴,但论文并不闲散在天际中寻找原初黑洞,他们致使念念在地球上寻找原初黑洞的思路。
原初黑洞很有可能会在宇宙中快速穿梭,如若一颗质料 10²² 克的原初黑洞穿过地球,那它可能会在刚性物体中留住一条直径大致 0.1 微米的简略。无谓怕,这么的原初黑洞穿过东谈主体的概率终点低,就算它真的穿过东谈主体,因为相对速率很高,反而形成的碎裂很小,这么的简略太细了,不会对咱们的体格产生什么影响。
但如若真的不雅测到这么的细简略,就证明原初黑洞可能真的存在。筹商东谈主员计较发现,平均来说,每 10 亿年能在 10 平时米的截面积上留住 0.000001 个这么的简略。筹商东谈主员清晰,这么的概率关于寻找暗物资来说是不错领受的。或者咱们不错放手一些大面积的金属板,用显微镜在上头找直径 1 微米傍边的简略,用这种风光来寻找暗物资的可能——原初黑洞。
浪漫的念念法,无奈的近况
非论是认为黑洞也曾穿过了地球,如故认为这么低的概率不错领受。究竟是东谈主性的误解,如故谈德的沦丧,让物理学家产生了这么浪漫的念念法?其实,饱胀是被暗物资逼的。
在天体裁家的眼中,无论是为了讲明“操纵”星系的旋转速率,如故为了讲明通盘宇宙的演化历程,暗物资早已成了不成或缺的一环。咱们无法通过电磁波不雅测到这种物资,却能确凿在扫数方位不雅测到它的引力影响。是以,这种看不见,但又有引力作用的物资究竟是什么,是物理学家最柔和的问题之一。
直到最近几年之前,物理学家还只将探索的要点伙同在大质料弱互相作用粒子(Weakly interacting massive particles,WIMP)上。这是一类假念念中的粒子,它们与现时粒子物理圭表模子基本兼容,而况不错很天然地讲明宇宙中暗物资的比例。物理学家盘算推算了无数现实来寻找可能存在的 WIMP,比如我国的 PandaX 现实和意大利的 XENON 现实,他们皆是用液氙来寻找暗物资。暗物资如若穿过液氙,就有可能诱发液氙闪光。科学家不错凭据液氙闪光的次数、频率反过来算计暗物资和氙原子互相作用的概率,这在物理上被称为碰撞截面,反应了暗物资粒子的一些基础属性。
但要津的问题是,天然暗物资探伤现实的精度越来越高,咱们却仍然找不到任何一种 WIMP。致使因为咫尺现实对 WIMP 碰撞截面的为止太过精准,一些经典的 WIMP 候选也曾被摒除了。
本年 11 月,我国PandaX 现实和意大利XENON现实区分在《物理指摘快报》(Physical Review Letters)上发表论文,清晰这两项现实可能也曾探伤到了太阳中微子配景。太阳发出的中微子雷同也有碰撞截面,会对现实精度产生影响。天然现实置信度皆不高,PandaX 现实为 2.64σ,XENON 现实为 2.73σ,并未达到 5σ 的圭表,但这得当筹商东谈主员的掂量,他们对此充满了信心。
PandaX 和 XENON 现实可能也曾不雅测到了太阳中微子配景(图片开首:APS/Alan Stonebraker)
但问题的要津是,科学家在找到暗物资之前先不雅测到了太阳的中微子配景,这标明暗物资的信号比太阳中微子还弱。如若进一步升迁不雅测精度寻找暗物资,太阳中微子的信号又会成为显耀的骚动,进一步增大暗物资的寻找难度。
是以,物理学家不得不辩论 WIMP 除外的暗物资可能。最近一段技巧,各式寻找暗物资的新念念法层出叠现,举例轴子、原初黑洞致使还有毁掉暗物资的修改牛顿能源学表面(MOND)。而本文提到的原初黑洞开云kaiyun体育,亦然他们的念念法之一。