天文學(xué)家提出一個(gè)理論不僅解釋了暗物質(zhì)的存在 而且還解釋了宇宙中最大黑洞的出現(xiàn)

2025-11-23 05:46:19 分類：綜合 閱讀(4791)

天文學(xué)家提出一個(gè)理論不僅解釋了暗物質(zhì)的存在 而且還解釋了宇宙中最大黑洞的出現(xiàn)
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)cnBeta：在20世紀(jì)70年代，霍金提出，學(xué)家現(xiàn)暗物質(zhì)，個(gè)理珠海外圍（外圍上門）外圍預(yù)約（電話微信199-7144=9724）提供高端外圍上門真實(shí)靠譜快速安排不收定金見人滿意付款即構(gòu)成宇宙中大多數(shù)物質(zhì)的僅解無形物質(zhì)，可能是釋暗釋宇由大爆炸最早時(shí)刻形成的黑洞構(gòu)成。現(xiàn)在，物質(zhì)三位天文學(xué)家提出了一個(gè)理論，存的出不僅解釋了暗物質(zhì)的還解黑洞存在，而且還解釋了宇宙中最大黑洞的宙中最出現(xiàn)。
這份研究報(bào)告的天文提出共同作者、耶魯大學(xué)的學(xué)家現(xiàn)天體物理學(xué)家普里亞姆瓦達(dá)-納塔拉詹（Priyamvada Natarajan）在一份聲明中說："我個(gè)人認(rèn)為這個(gè)想法超級(jí)令人興奮的是，它優(yōu)雅地將我所從事的個(gè)理兩個(gè)真正具有挑戰(zhàn)性的問題，即探測(cè)暗物質(zhì)的僅解性質(zhì)和黑洞形成與增長統(tǒng)一起來，并一舉解決了它們。釋暗釋宇更重要的物質(zhì)是，一些新的儀器，包括剛剛發(fā)射的詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，可以產(chǎn)生最終評(píng)估霍金這個(gè)著名概念所需的數(shù)據(jù)。
暗物質(zhì)占宇宙中所有物質(zhì)的80%以上，但它不會(huì)以任何方式與光直接互動(dòng)。珠海外圍（外圍上門）外圍預(yù)約（電話微信199-7144=9724）提供高端外圍上門真實(shí)靠譜快速安排不收定金見人滿意付款 它只是漂浮在巨大的周圍，影響星系內(nèi)的重力。它很容易讓人想到黑洞可能是生產(chǎn)這種難以捉摸東西的原因。畢竟，黑洞是出了名的黑暗，所以用黑洞填滿一個(gè)星系，在理論上可以解釋所有對(duì)暗物質(zhì)的觀察。不幸的是，在現(xiàn)代宇宙中，黑洞只有在大質(zhì)量恒星死亡后才會(huì)形成，然后在其自身引力的作用下坍塌。所以制造黑洞需要許多恒星，這需要一堆正常物質(zhì)。科學(xué)家們通過對(duì)早期宇宙的計(jì)算，知道宇宙中有多少正常物質(zhì)，在那里形成了第一批氫和氦。而且，根本沒有足夠的正常物質(zhì)來制造天文學(xué)家觀察到的所有暗物質(zhì)。
霍金在1971年提出，黑洞是在大爆炸最初的混亂環(huán)境中形成的。在那里，小塊的物質(zhì)可以自發(fā)地達(dá)到制造黑洞所需的密度，在第一顆恒星閃爍之前就已經(jīng)充斥著宇宙。霍金提出，這些"原始"黑洞可能是暗物質(zhì)的來源。雖然這個(gè)想法很有趣，但大多數(shù)天體物理學(xué)家卻專注于尋找一種新的亞原子粒子來解釋暗物質(zhì)。更重要的是，原始黑洞形成的模型遇到了觀測(cè)上的問題。如果在早期宇宙中形成了太多的黑洞，它們就會(huì)改變?cè)缙谟钪媸Ｓ噍椛涞膱D景，也就是所謂的宇宙微波背景（CMB）。這意味著該理論只有在古代黑洞的數(shù)量和大小相當(dāng)有限的情況下才有效，否則它將與CMB的測(cè)量結(jié)果相沖突。.
2015年，當(dāng)激光干涉儀引力波天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)第一對(duì)碰撞的黑洞時(shí)，這個(gè)想法又被重新提起。這兩個(gè)黑洞比預(yù)期的要大得多，解釋其大質(zhì)量的一種方法是說它們形成于早期宇宙，而不是在垂死的恒星的心中。在最新的研究中，Natarajan、邁阿密大學(xué)的Nico Cappelluti和歐洲航天局的Günther Hasinger深入研究了原始黑洞的理論，探索它們?nèi)绾谓忉尠滴镔|(zhì)并可能解決其他宇宙學(xué)挑戰(zhàn)。為了通過目前的觀測(cè)測(cè)試，原始黑洞必須在一定的質(zhì)量范圍內(nèi)。在新的工作中，研究人員假設(shè)原始黑洞的質(zhì)量大約是太陽質(zhì)量的1.4倍。他們構(gòu)建了一個(gè)宇宙模型，用這些相當(dāng)輕的黑洞取代所有的暗物質(zhì)，然后他們尋找可以驗(yàn)證（或排除）該模型的觀測(cè)線索。
研究小組發(fā)現(xiàn)，原始黑洞可能在宇宙中發(fā)揮了重要作用，它為第一批恒星、第一批星系和第一批超大質(zhì)量黑洞（SMBHs）提供了種子。觀測(cè)結(jié)果表明，恒星、星系和SMBHs在宇宙學(xué)歷史中出現(xiàn)得非常快，也許快得無法用我們?cè)诋?dāng)今宇宙中觀察到的形成和增長過程來解釋。如果原始黑洞真的存在，它們很可能是所有超大質(zhì)量黑洞形成的種子，包括位于銀河系中心的那個(gè)。
而且這個(gè)理論很簡單，不需要用新粒子的動(dòng)物園來解釋暗物質(zhì)。這項(xiàng)研究表明，在不引入新粒子或新物理學(xué)的情況下，就可以解決現(xiàn)代宇宙學(xué)中從暗物質(zhì)本身的性質(zhì)到超大質(zhì)量黑洞的起源等謎團(tuán)。到目前為止，這個(gè)想法只是一個(gè)模型，但它是一個(gè)可以相對(duì)較快地被測(cè)試的模型。詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在推遲多年后于圣誕節(jié)發(fā)射，專門用來回答有關(guān)恒星和星系起源的問題。下一代引力波探測(cè)器，特別是激光干涉儀空間天線（LISA），準(zhǔn)備揭示更多關(guān)于黑洞的信息，包括原始黑洞。 這兩個(gè)太空天文臺(tái)加在一起，應(yīng)該給天文學(xué)家提供足夠的信息來拼湊第一批恒星的故事，并可能發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的起源。
相關(guān)報(bào)道：霍金關(guān)于大爆炸的最終理論對(duì)多元宇宙規(guī)模提出了制約
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)cnBeta：霍金教授與魯汶大學(xué)的托馬斯·赫托格教授合作研究的關(guān)于宇宙起源的最后理論于2018年發(fā)表在《Journal of High Energy Physics》上。該理論是在霍金于2018年早些時(shí)候去世前提交發(fā)表的，它以弦理論為基礎(chǔ)，預(yù)測(cè)宇宙是有限的，且遠(yuǎn)比目前許多關(guān)于大爆炸的理論說得簡單。
赫托格教授的工作得到了歐洲研究理事會(huì)的支持，他在2017年7月霍金教授75歲生日之際在劍橋大學(xué)舉辦的一次會(huì)議上首次宣布了這一新理論。
現(xiàn)代大爆炸理論預(yù)測(cè)，我們本地的宇宙是隨著一陣短暫的膨脹而出現(xiàn)的--換句話說，在大爆炸本身之后的一小部分時(shí)間里，宇宙以指數(shù)的速度膨脹。然而人們普遍認(rèn)為，一旦膨脹開始，有些地區(qū)的通脹就不會(huì)停止。人們認(rèn)為，在宇宙的某些區(qū)域，量子效應(yīng)可以使膨脹永遠(yuǎn)持續(xù)下去，因此從整體上看，膨脹是永恒的。這樣，我們宇宙的可觀測(cè)部分就只是一位好客的袖珍宇宙，一個(gè)膨脹已經(jīng)結(jié)束、恒星和星系形成的區(qū)域。
“通常的永恒膨脹理論預(yù)測(cè)，在全球范圍內(nèi)，我們的宇宙就像一個(gè)無限的分形，它有著不同的袖珍宇宙的馬賽克，被一個(gè)膨脹的海洋分開，”霍金在2017年的一次采訪中說道，“當(dāng)?shù)氐奈锢砗突瘜W(xué)定律可以從一個(gè)袖珍宇宙到另一個(gè)袖珍宇宙而有所不同，這將共同形成一個(gè)多元宇宙。但我從來都是多元宇宙的粉絲。如果多元宇宙中不同宇宙的規(guī)模很大或無限大，那么理論就無法得到檢驗(yàn)。”
霍金和赫托格在他們的論文中指出，這種將永恒膨脹作為大爆炸理論的說法是錯(cuò)誤的。赫托格表示：“關(guān)于永恒膨脹的通常說法的問題是，它假設(shè)了一個(gè)現(xiàn)有的背景宇宙，該宇宙根據(jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論演化并將量子效應(yīng)視為圍繞此的小波動(dòng)。然而，永恒膨脹的動(dòng)力學(xué)抹去了經(jīng)典和量子物理學(xué)之間的分離。因此，愛因斯坦的理論在永恒膨脹中崩潰。”
“我們預(yù)測(cè)，我們的宇宙在最大的尺度上是合理平滑和全球有限的。所以它不是一個(gè)分形結(jié)構(gòu)，”霍金說道。
霍金和赫托格提出的永恒膨脹理論是基于弦理論得出。他們所使用的方法采用了弦理論中的全息概念，該概念假設(shè)宇宙是一個(gè)巨大而復(fù)雜的全息圖：某些三維空間的物理現(xiàn)實(shí)可以在數(shù)學(xué)上簡化為表面上的二維投影。
霍金和赫托格發(fā)展了這個(gè)全息論概念的一個(gè)變種，即在永恒膨脹中投射出時(shí)間維度。這使他們得以描述永恒膨脹而不必依賴愛因斯坦的理論。在新理論中，永恒膨脹被簡化為一個(gè)在時(shí)間開始時(shí)定義在空間表面的永恒狀態(tài)。
赫托格表示：“當(dāng)我們向后追蹤我們的宇宙的演變時(shí)，在某一點(diǎn)上我們到達(dá)了永恒膨脹的門檻，在那里我們熟悉的時(shí)間概念不再有任何意義。”
霍金早期的“無邊界理論”預(yù)測(cè)，如果你回到宇宙的起點(diǎn)，宇宙會(huì)像球體一樣縮小和關(guān)閉，但這個(gè)新理論代表了離早期工作的一步。“現(xiàn)在我們說，在我們的過去有一個(gè)邊界，”赫托格說道。
赫托格和霍金利用他們的新理論得出了關(guān)于宇宙全球結(jié)構(gòu)的更可靠的預(yù)測(cè)。他們預(yù)測(cè)，在過去的邊界上，從永恒膨脹中出現(xiàn)的宇宙是有限的，這遠(yuǎn)比永恒膨脹的舊理論所預(yù)測(cè)的無限分形結(jié)構(gòu)簡單。
他們的結(jié)果如果被進(jìn)一步的工作證實(shí)，則將對(duì)多元宇宙范式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。霍金指出：“我們并沒有淪落到一個(gè)單一的、獨(dú)特的宇宙，但我們的發(fā)現(xiàn)意味著多元宇宙的大幅縮減，進(jìn)而變成了一個(gè)小得多的可能宇宙的范圍。”這使得該理論更具預(yù)測(cè)性和可測(cè)試性。
赫托格現(xiàn)在計(jì)劃在我們的太空望遠(yuǎn)鏡可以觸及的較小尺度上研究新理論的影響。他認(rèn)為，原始的引力波--時(shí)空的漣漪--在永恒膨脹的出口處產(chǎn)生，從而構(gòu)成了測(cè)試該模型的最有希望的“煙霧彈”。我們的宇宙自始至終都在膨脹，這意味著這種引力波會(huì)有很長的波長，在目前LIGO探測(cè)器的范圍之外。但它們可能會(huì)被計(jì)劃中的歐洲天基引力波觀測(cè)站LISA聽到或在未來測(cè)量宇宙微波背景的實(shí)驗(yàn)中看到。