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    排除小于0.1毫米的黑洞!已确定暗物质不是由微小黑洞组成!

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      国际研究小组对已故的斯蒂芬·霍金预测的理论进行了迄今为止最严格的测试,使用斯巴鲁望远镜进行的观测结果排除了原始黑洞(小于0.1毫米)构成暗物质的可能性。

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      科学家们知道宇宙中85%的物质是由暗物质组成,它的引力阻止我们银河系中的恒星飞离。然而,利用地下实验或包括世界上最大的加速器——大型强子对撞机在内的加速器实验来探测此类暗物质粒子的尝试,迄今都以失败告终。

      排除小于0.1毫米的黑洞!已确定暗物质不是由微小黑洞组成!

      博科园:这使得科学家们开始考虑霍金1974年提出关于宇宙大爆炸后不久诞生的原始黑洞存在理论,以及他关于黑洞可能构成科学家们今天试图发现,但难以捉摸的暗物质很大一部分推测。由Kavli宇宙物理与数学研究所首席研究员Masahiro Takada、博士生Hiroko Niikura、教授Naoki Yasuda领导的一个国际研究团队,以及来自日本、印度和美国的研究人员,利用引力透镜效应寻找地球和仙女座星系之间的原始黑洞。

      排除小于0.1毫米的黑洞!已确定暗物质不是由微小黑洞组成!

      • (图示)银河系(左)和仙女座星系(右)相距260万光年,与恒星聚集的区域相比,暗物质被认为分布在更大的区域。图片:Kavli IPMU

      引力透镜效应是由阿尔伯特·爱因斯坦首先提出的一种效应,它表现为来自遥远物体(如恒星)光线的弯曲这是由于介入性大质量物体(如原始黑洞)的引力作用所致。在极端情况下,这样的光弯曲会使背景恒星看起来比原来亮得多。然而,引力透镜效应是非常罕见的事件,因为它需要仙女座星系中的一颗恒星、一个充当引力透镜的原始黑洞,以及地球上的一个观测者彼此完全一致。因此,为了最大限度地捕捉事件,研究人员使用了斯巴鲁望远镜上的超级suprim – cam,它可以一次拍摄到仙女座星系的整个图像。

      排除小于0.1毫米的黑洞!已确定暗物质不是由微小黑洞组成!

      • (图示)当地球上的斯巴鲁望远镜观察仙女座星系时,如果一个原始黑洞从恒星前面经过,仙女座星系中的一颗恒星将会变得非常明亮。随着原始黑洞继续偏离轨道,恒星也会变暗(回到原来的亮度)。图片:Kavli IPMU

      考虑到原始黑洞在星际空间中移动的速度,研究小组拍摄了多张图片,以便能够捕捉到由于引力透镜作用而在几分钟到几小时内变亮恒星的闪烁。在一个晴朗的夜晚,研究小组连续拍摄了190张仙女座星系照片,耗时7个小时。如果暗物质由一个给定质量的原始黑洞组成,在这种情况下质量比月球还轻,研究人员预计将发现大约1000个事件。但经过仔细分析,他们只能确定一个案例。

      排除小于0.1毫米的黑洞!已确定暗物质不是由微小黑洞组成!

      • 来自恒星的数据,显示出被潜在引力透镜(可能是原始黑洞)放大的特征。在对斯巴鲁望远镜进行数据采集约4小时后,一颗恒星开始发出更亮的光。不到一个小时后,这颗恒星在变暗之前达到了亮度峰值。图片:Niikura et al

      研究小组的结果显示,原始黑洞的质量不超过所有暗物质质量的0.1%。因此,这个理论不大可能是正确的研究人员现在正计划进一步发展他们对仙女座星系的分析,将研究的一个新理论是,通过引力波探测器LIGO发现的双星黑洞是否真的是原始黑洞,这些研究结果发表在2019年4月1日的《自然天文学》上。

      排除小于0.1毫米的黑洞!已确定暗物质不是由微小黑洞组成!

      (图示)银河系和仙女座星系中原始黑洞与暗物质质量分数的约束条件,作为原始黑洞质量的函数,阴影区域显示了被排除在外的区域,在这些区域中,这种原始黑洞的存在与各种观测数据并不一致。红色表示该研究对原始黑洞研究做出了贡献的区域。对于质量比月球质量还轻的原始黑洞,例如与美国宇航局开普勒2年的数据相比,HSC/斯巴鲁给出了最严格的限制。图片:Niikura et al

      排除小于0.1毫米的黑洞!已确定暗物质不是由微小黑洞组成!

      博科园-科学科普|研究/来自: Subaru Telescope

      参考期刊文献:《Nature Astronomy 》

      DOI: 10.1038/s41550-019-0723-1

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