“原始”黑洞可能每十年就会穿过我们的太阳系

“如果那里有很多黑洞，那么其中一些肯定会时不时地穿过我们的后院。”

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一项新的研究发现，如果像一些研究人员怀疑的那样，大爆炸后几分之一秒内诞生的微观黑洞存在，那么每十年至少有一个黑洞会飞过太阳系，产生科学家可以检测到的微小引力扭曲。

这些发现表明，如果天文学家能够发现并确认这种引力扰动的存在，他们也许能够解开暗物质本质背后的谜团，许多研究人员怀疑暗物质构成了大约五种看不见的物质。 -宇宙中所有物质的六分之一。

许多研究人员认为暗物质可能由未知粒子组成，但迄今为止还没有实验发现可能是暗物质的新粒子。因此，科学家们正在探索解释暗物质的一种替代方法是所谓的原始黑洞，它们自古以来就存在。

此前的研究表明，宇宙中约 86% 的物质是由一种本质上不可见的物质（称为暗物质）组成的。科学家根据暗物质对日常物质和光的引力作用推断其存在，但目前仍不确定它可能是由什么组成的。

黑洞因其巨大的引力而得名，引力如此强大，甚至连光也无法逃脱。如果黑洞没有泄露它的存在——例如，通过撕裂一颗恒星——它可能在黑暗的太空中不会被发现。

几十年来，天文学家已经探测到了许多黑洞，从质量通常约为太阳质量五到十倍的恒星质量黑洞到超大质量黑洞 数百万到数十亿太阳质量的大小。相比之下，这项新研究检查了原始黑洞，之前的研究表明，其质量可能只相当于一颗典型小行星的质量，即大约 1100 亿到 1.1 亿吨（1000 亿到 1 亿吨）。十亿公吨）。

“我们在工作中考虑的黑洞至少比太阳轻 100 亿倍，尺寸仅比氢原子大一点，”该研究的合著者、加州大学圣克鲁斯分校的理论物理学家莎拉·盖勒 (Sarah Geller) 说道。 ，告诉Space.com。

当一个物体的密度如此之大，以至于它在自身引力的作用下崩溃时，黑洞就会出现。先前的研究表明，在大爆炸之后不久，在宇宙尺寸大幅膨胀之前，新生宇宙中物质密度的随机波动导致一些团块变得足够密集以形成黑洞。

先前的研究表明，幸存至今的原始黑洞可能构成了大部分或全部暗物质。基于这项工作，这项新研究研究了原始黑洞飞过太阳系的频率，以及它们是否可能产生科学家可以在可见物体上检测到的影响。

盖勒说：“如果那里有很多黑洞，那么其中一些肯定会时不时地穿过我们的后院。”

最初，研究人员“考虑了如果黑洞击穿地壳、穿过大气层、或者在月球上留下陨石坑会发生什么，”盖勒说。 “我们甚至问自己，如果这些微小的黑洞之一击中人类会发生什么。”

然而，“这些想法都遇到了同样的问题，”盖勒解释道。 “人、月球，甚至地球，在浩瀚的太空中都是一个非常小的目标，黑洞直接撞击它们的可能性很小。”

相反，“我们需要的是一个足够大的系统，可以让黑洞定期经过，但测量足够精确，让我们能够看到一些效果，”盖勒说。 “从那时起，我们开始考虑对太阳系中物体进行非常精确测量的轨道。”原则上，原始黑洞的引力“可能会在太阳系中物体的轨道上产生晃动，这些晃动足以让我们测量”。

科学家们最终将注意力集中在太阳系内行星（水星、金星、地球和火星）附近飞行的原始黑洞。他们发现，如果太初黑洞存在，它们的数量可能足以让至少一个黑洞每十年飞过内部世界一次。他们补充说，自从能够检测此类扰动的技术已经上线以来，可能已经发生了几次飞越事件。

盖勒警告说，“我们并没有提出以下任何主张——原始黑洞肯定存在，它们构成了大部分或全部暗物质；或者它们肯定存在于我们的太阳系中。”相反，他们说，如果原始黑洞存在并且大部分暗物质构成，“那么人们必须每隔一到十年穿越一次内太阳系”。

科学家们还指出，他们的发现是基于相对简单的计算机模拟，这些模拟不具备分析有关太阳系内部轨道的真实数据所需的精度。

研究合著者、麻省理工学院的理论物理学家本杰明·莱曼 (Benjamin Lehmann) 告诉 Space.com：“为了做出明确的陈述，我们需要与专门用更复杂的计算方法对太阳系进行建模的同事合作。”他补充说，他们还需要查明如何找出什么可能是原始黑洞的真实信号，以及什么可能落入任何测量预期的误差范围内。

科学家们现在正在讨论与巴黎天文台太阳系模拟小组合作分析现有轨道数据的可能性。莱曼说：“他们是复杂模拟方法方面最重要的专家，这些方法是使这一分析成为现实所必需的。” “一旦我们开发出一个可用于搜索真实数据的完整模型，那么我们就必须研究哪些后续观察结果最适合我们可能记录的任何信号。”

盖勒警告说，这种通过引力效应寻找原始黑洞的方法“不足以完全区分原始黑洞和其他类似质量的不寻常物体”。她指出，如果这种策略确实检测到潜在的原始黑洞，“我们可以触发后续观测，以排除其他可能性。事实上，天文学家非常擅长在太阳系中发现甚至更轻的物体，例如小型小行星，而用望远镜直接观察小黑洞很可能什么也看不到。”

科学家们于 9 月 17 日在《Physical Review D》杂志上详细介绍了他们的发现。

最初发布于Space.com。