新发现！暗物质或源于原始黑洞：后者诞生于大爆炸后的“婴儿宇宙”坍塌

Kavli研究所(Kavli IPMU)负责许多跨学科项目，这些项目受益于该研究所广泛的专业知识的协同作用。其中一个项目就是研究可能在恒星和星系诞生之前的宇宙早期就已经形成的黑洞。

这些原始黑洞(PBHs)可以解释全部或部分暗物质，负责一些观测到的引力波信号，并为我们星系和其他星系的中心发现的超大质量黑洞播下种子。

它们还可以在重元素的合成中发挥作用，当它们与中子星碰撞并摧毁它们时，释放出富含中子的物质。

科学家们还提出了一种令人兴奋的可能性：即神秘的暗物质，占了宇宙中的大部分物质，是由原始黑洞组成的。

2020年诺贝尔物理学奖授予了理论学家罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)和两位天文学家莱茵哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和安德里亚·盖兹(Andrea Ghez)，以表彰他们证实了黑洞的存在。由于自然界中存在黑洞，它们是暗物质非常有吸引力的候选者。

在寻找PBHs的基础理论、天体物理学和天文观测方面的最新进展是由一个由粒子物理学家、宇宙学家和天文学家组成的国际团队取得的，包括Kavli IPMU成员Alexander Kusenko、Misao Sasaki、Sunao Sugiyama、Masahiro Takada和Volodymyr Takhistov。

为了更多地了解原始黑洞，研究小组观察了早期宇宙的线索。早期的宇宙密度非常大，任何大于50%的正密度涨落都会产生黑洞。然而，孕育星系的宇宙学扰动已知要小得多。然而，早期宇宙中的一些过程可能为黑洞的形成创造了合适的条件。

一种令人兴奋的可能性是，原始的黑洞可能是从大爆炸膨胀时期创造的“婴儿宇宙”（baby universes）形成的。这一时期的快速膨胀，被认为是我们今天观察到的结构的形成原因，如星系和星系团。

在暴胀时期，小宇宙可以从我们的宇宙分支出来。一个小的新生宇宙终会坍塌，但在小体积中释放的大量能量，会导致黑洞的形成。

更奇特的命运等待着更大的新生宇宙。如果它大于某一临界尺寸，爱因斯坦的引力理论允许婴儿宇宙以一种对观察者来说内外都不同的状态存在。

内部观察者将其视为一个膨胀的宇宙，而外部观察者(如我们)将其视为一个黑洞。无论哪种情况，大宇宙和小宇宙都被我们视为原始的黑洞，它们隐藏在它们的“视界”（event horizons）后面的多重宇宙的基本结构。

“视界”指的是一个边界，在这个边界之下，一切事物，甚至是光，都会被困住，无法逃离黑洞。

研究小组在论文中描述了原始黑洞（PBH）形成的新场景，并表明，在夏威夷莫纳基亚山山顶4200米的山顶附近，可以使用8.2米斯巴鲁望远镜的Hyper Suprime-Cam（HSC）找到黑洞，卡夫里宇宙物理与数学研究所（Kavli IPMU）的管理这种巨大的数码相机发挥了关键作用。他们的工作是HSC对PBH搜索的令人兴奋的扩展，卡夫里宇宙物理与数学研究所（Kavli IPMU）的首席Masahiro Takada和他的团队正在致力于这一搜索。

HSC团队最近在《自然·天文学》（Nature Astronomy）杂志上报告了Niakura、塔克希斯托夫等人对原始黑洞存在的主要限制。

HSC具备一种独特的能力：每隔几分钟就能拍摄到整个仙女座星系。如果一个黑洞穿过了其中一颗恒星的视线，黑洞的引力会使光线弯曲，使恒星在短时间内看起来比之前更亮。

恒星变亮的持续时间，会让天文学家了解到黑洞的质量。基于HSC的观测，人们可以同时观测1亿颗恒星，为可能跨越视线的原始黑洞撒下一张大网。

HSC的第一次观测已经报告了一个非常有趣的候选事件，它与来自“多元宇宙”的PBH相一致，其黑洞质量与月球质量相当。

在这第一个迹象的鼓舞下，在新的理论理解的指导下，该团队正在进行新一轮的观测，以扩展搜索范围，并提供一个决定性的测试，以确定来自多元宇宙的PBHs是否能解释所有暗物质。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：https://scitechdaily.com/all-dark-matter-in-the-universe-could-be-primordial-black-holes-formed-from-the-collapse-of-baby-universes-soon-after-the-big-bang/