「新浪科技」充满原始黑洞的宇宙会是什么样子？新浪科技2020-07-28 09:32:070阅
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图1/2两个黑洞碰撞的模拟图像新浪科技讯 北京时间7月28日消息 ， 据国外媒体报道 ， 充满原始黑洞的宇宙会是什么样子？2016年 ， 激光干涉仪引力波天文台（LIGO）团队宣布 ， 2015年9月检测到的引力波信号源自距离地球约13亿光年处两个黑洞的碰撞 。 这是人类首次发现引力波 ， 让全世界的研究者既惊讶又兴奋 。 碰撞产生引力波的两个黑洞 ， 其质量分别约为太阳的36倍和29倍 。
这一发现具有重大的意义 ， 除了发现者荣获2017年诺贝尔物理学奖外 ， 也带来了一个奇怪的小惊喜 。 形成这些时空涟漪的黑洞具有非常不一般的质量 ， 甚至足以开启一个令人着迷的可能性：这两个黑洞可能是在宇宙诞生不到一秒钟的时候形成的 。
黑洞的形成
天文学家已经知道黑洞在现代宇宙中是如何形成的 。 首先要有一颗恒星 ， 质量越大越好 ， 至少是太阳质量的8倍 。 接着 ， 等这颗恒星燃烧掉它所有可用的氢 ， 通常这需要几千万年 ， 但在宇宙学尺度中 ， 这点时间不算什么 。
在这颗恒星的生命结束时 ， 它会在巨大的能量中毁灭自己 ， 这就是超新星爆发 。 在超新星爆发的火焰中 ， 核心的密度可以达到一种足够密集的状态 ， 以至于没有任何东西可以抵抗其向内牵拉的引力 。 因此 ， 在恒星向外爆发的同时 ， 它的另一部分不断向内坍缩、折叠 ， 直至湮灭形成一个黑洞 。
恒星质量越大 ， 其形成的黑洞就越大 ， 这也是LIGO的探测结果如此有趣的原因 。 两个相互碰撞的黑洞的质量分别是太阳的36倍和29倍 。 要制造出这么大的黑洞 ， 要么是从一颗大得可怕的恒星开始 ， 其质量超过太阳100倍；要么需要有大量较小的黑洞 ， 由它们合并形成大的黑洞 。
目前 ， 这两种情况似乎都不太可能出现 。 如此巨大的恒星在宇宙中根本不存在（至少现在看来是这样） ， 而已知的黑洞合并也没有常见到足以形成这样的恒星 。 于是 ， 天文学家想到 ， 也许这些黑洞有另一个不同的起源 。
【「新浪科技」充满原始黑洞的宇宙会是什么样子？新浪科技2020-07-28 09:32:070阅】大爆炸与黑洞
早期的宇宙是疯狂的 ， 当时的温度和压力是后来再也没有出现过的 ， 其中的相变过程震撼了整个宇宙 ， 也改写了自然的法则 。
在宇宙诞生时 ， 如果条件合适 ， 任何一团古老的气体都可能会自发地缩小 ， 形成任意大小的黑洞：质量从几千克到太阳的数千倍不等 。 对于每个研究这些原始黑洞问题的理论物理学家来说 ， 至少存在一种假设的黑洞产生机制 ， 能将暴胀理论和宇宙碰撞等一切内容囊括在内 。
因此 ， 在某种意义上 ， 用原始黑洞来解释LIGO探测到的宇宙早期结果并不困难：在这个理论中 ， 黑洞具有合适的大小范围和丰富程度 ， 经过几十亿年的演变 ， 就一定会发生合并事件 。 但是 ， 如果想让宇宙充满在大爆炸后极短时间内产生的黑洞 ， 仅仅依靠碰撞、合并是不够的 。
在黑暗中寻找
充满原始黑洞的宇宙会是什么样的？这是一个很重要的问题 ， 如果要验证上述假设 ， 我们就需要回答这一问题 。
一方面 ， 黑洞可能会随机地撞向其他物体 ， 并通过引力吸引其他物体 ， 这通常会造成混乱 。 千克质量的黑洞撞击地球可能就会引发地震 。 一个平静的黑洞可能会破坏联星系统 ， 或者扰乱整个矮星系 。 黑洞撞击中子星可能引发可怕的爆炸 。 即使是假想的太阳系第九行星也有可能是一个比网球还小的黑洞 。
另外 ， 在潜在可探测性方面 ， 黑洞并不是百分之百全黑的：它们可能会通过量子力学过程发出微弱的光 ， 这一过程被称为“霍金辐射” 。 大型黑洞几乎不会发光：一个与太阳质量相当的黑洞每年都会辐射出一个光子 ， 需要10^60年的时间才能失去全部质量 。 但较小的黑洞可以在更短的时间内爆发 ， 并在这个过程中释放出巨大的能量 。
爆发的黑洞可能破坏了早期宇宙 ， 改变了元素的丰度或宇宙微波背景的外观 。 这些黑洞还可能是我们在天空中看到的一些伽马射线爆发的原因 。
不过 ， 尽管天文学家做了种种努力 ， 仍然无法调和原始黑洞的存在与我们所看到的宇宙之间的关系 。 在理论上 ， 对于每一种可能的观测途径 ， 原始黑洞造成的混乱如此之严重 ， 应该是能够被我们探测到的 。 换句话说 ， 尽管要解释LIGO观测到的合并黑洞的质量十分困难 ， 但如果这些黑洞所处的宇宙是原始的 ， 那我们应该可以通过其他方式来进行探测 。 （任天）
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