暗物質(zhì)是一種占領(lǐng)了大部分物質(zhì)宇宙的神秘物質(zhì)，現在被廣泛認為是大質(zhì)量奇異粒子存在的一種方式。另一種有趣的觀(guān)點(diǎn)是暗物質(zhì)是由在宇宙形成之初的第一秒鐘之內產(chǎn)生的黑洞，也就是原初黑洞組成的。一位來(lái)自位于馬里蘭州格林貝爾特NASA戈達德太空飛行中心的科學(xué)家認為，這種解釋符合我們對宇宙紅外線(xiàn)和X射線(xiàn)背景光的了解，而且可能能夠解釋去年探測到的兩個(gè)并合黑洞所具有的大到不可思議的質(zhì)量。
“這個(gè)研究旨在將廣泛的理念和觀(guān)測結果結合起來(lái)以檢驗它們究竟能吻合地多好，令人驚訝的是，匹配程度非常高?！币晃粊?lái)自NASA戈達德的天體物理學(xué)家亞歷山大·卡什林斯基（Alexander Kashlinsky）說(shuō)，“如果結果正確，那么所有銀河系，包括我們自己，就生活在一個(gè)由很多質(zhì)量為太陽(yáng)的30倍的黑洞構成的巨大范圍中?！?/p>
2005年，卡什林斯基帶領(lǐng)一隊天文學(xué)家用NASA的斯皮策太空望遠鏡來(lái)探測一部分天空的紅外線(xiàn)背景光。研究員發(fā)現背景光中存在大量斑塊分布，并且認為它可能是由超過(guò)130億年前，照亮宇宙的第一代亮源的光線(xiàn)聚集造成的。。之后的研究證實(shí)了天空的其他部分的宇宙紅外線(xiàn)背景輻射（CIB）也有類(lèi)似的出人意料的結構。
這幅來(lái)自NASA斯皮策太空望遠鏡的圖像展示了大熊座所在天區的紅外視圖。
在遮住了所有已知的恒星、星系和人造衛星后，對剩下的圖像進(jìn)行增強，就得到了不規則的背景光。這是宇宙紅外線(xiàn)背景輻射（CIB）；更淺色指示更亮的區域。CIB背景光比遙遠未知星系可以解釋的更加不規則，而這種額外的結構被認為是宇宙年齡不到10億年時(shí)所發(fā)射的光?？茖W(xué)家們闡釋說(shuō)，該背景光可能是由宇宙中形成的第一代明亮天體產(chǎn)生的，包括第一代恒星和黑洞。
圖片來(lái)源：NASA/JPL-Caltech/A. Kashlinsky (Goddard)
2013年，另一項研究對比了NASA錢(qián)德拉天文臺探測的同一塊天空的宇宙X射線(xiàn)背景輻射（CXB）和紅外線(xiàn)背景輻射。第一代恒星發(fā)出的主要是可見(jiàn)光和紫外線(xiàn)輻射，由于空間的膨脹，它們被拉長(cháng)進(jìn)入了紅外線(xiàn)波段，所以它們不應該對宇宙X射線(xiàn)背景輻射有影響。
然而在宇宙X射線(xiàn)背景輻射中低能X射線(xiàn)的不規則背景光與宇宙紅外線(xiàn)背景輻射中的斑塊的匹配度很高。我們唯一知道的在這么廣的能量范圍內都有足夠大的光強的物體就是黑洞。這支研究團隊總結稱(chēng)原初黑洞在最早期的恒星之間分布一定很普遍，在宇宙紅外線(xiàn)背景輻射的輻射源中占到了五分之一的比例。
暗物質(zhì)的本質(zhì)仍然是天體物理學(xué)中非常重要的未解之謎之一?？茖W(xué)家目前更傾向將暗物質(zhì)解釋為大質(zhì)量奇異粒子的理論模型，但到目前為止所有研究都沒(méi)有成功找到能到證明這些假想粒子真實(shí)存在的證據。NASA目前將研究這個(gè)問(wèn)題作為阿爾法磁譜儀和費米伽馬射線(xiàn)太空望遠鏡任務(wù)的一部分。
“這些研究提供了越來(lái)越靈敏的結果，逐漸減小了參數的搜索范圍，使暗物質(zhì)無(wú)處可藏?！笨ㄊ擦炙够f(shuō)，“尋找暗物質(zhì)的失敗帶領(lǐng)我們重燃對原初黑洞——宇宙誕生之初的幾分之一秒形成的黑洞——對暗物質(zhì)的影響的興趣?！?/p>
物理學(xué)家們已經(jīng)提出幾種讓大爆炸千分之一秒后溫度極高，膨脹極快的宇宙能夠形成原初黑洞的方式。在這些機制下，宇宙的年齡越大，可以形成的黑洞越大。而且由于創(chuàng )造黑洞之窗只存在幾分之一秒，科學(xué)家們預測原初黑洞的質(zhì)量范圍很小。
去年9月14日，位于華盛頓州漢福德及路易斯安那州利文斯頓的激光干涉引力波天文臺（LIGO）捕捉到兩個(gè)13億光年前的黑洞并合所發(fā)出的引力波。這是我們第一次探測到引力波也是第一次直接觀(guān)測到黑洞。這次的信號為L(cháng)IGO的科學(xué)家們提供了有關(guān)黑洞質(zhì)量的信息，它們的質(zhì)量是29和36太陽(yáng)質(zhì)量，正負約4太陽(yáng)質(zhì)量。這些值都驚人的大而且相似。
“依據機制的不同，原初黑洞可能與LIGO探測到的黑洞有相似的性質(zhì)?！笨ㄊ擦炙够忉屨f(shuō)，“如果我們假設是這樣——LIGO捕捉到了兩個(gè)形成于早期宇宙黑洞的并合，我們可以看到這對我們理解宇宙最終演化的影響?！?/p>
如果原初黑洞的確存在，可能與LIGO團隊在2015年探測到的并合雙黑洞相似。這個(gè)計算機模擬以較慢的速率展示了這次并合過(guò)程在近處觀(guān)察的樣子。黑洞周?chē)沫h(huán)叫愛(ài)因斯坦環(huán)，是由于在雙黑洞正后方的所有恒星發(fā)出的光線(xiàn)受到引力透鏡作用被扭曲之后造成的。LIGO所探測到的引力波并未在視頻中展示，盡管其效應可以從愛(ài)因斯坦環(huán)中可以看到。向黑洞后方傳播出去的引力波擾動(dòng)了包括愛(ài)因斯坦環(huán)在內的星象，甚至使它們在并和已經(jīng)結束之后仍在環(huán)內晃動(dòng)。如果以真實(shí)時(shí)間尺度回放的話(huà)，這個(gè)視頻將只持續1/3秒鐘。
視頻來(lái)源：SXS（極端時(shí)空模擬項目） Lensing
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