奇异的黑洞可能是暗物质的副产品

作者:小菜 更新时间:2025-04-25 点击数:
简介:奇异的黑洞可能是暗物质的副产品。

uux.cn人工智能生成的图像据麻省理工学院(Jennifer Chu):从你桌子上的电脑到遥远的恒星和星系,我们每看到一公斤物质,就有5公斤不可见的物质充斥着我们的周围。

这种暗物质是一种神秘的实体,它避开了所有形式的直接观察,但通过对可见物体的无形拉动,让人感觉到它的存在。

50年前,物理学家斯蒂芬·霍金提出了一个

【菜科解读】

奇异的黑洞可能是暗物质的副产品。

uux.cn人工智能生成的图像据麻省理工学院(Jennifer Chu):从你桌子上的电脑到遥远的恒星和星系,我们每看到一公斤物质,就有5公斤不可见的物质充斥着我们的周围。

奇异的黑洞可能是暗物质的副产品

这种暗物质是一种神秘的实体,它避开了所有形式的直接观察,但通过对可见物体的无形拉动,让人感觉到它的存在。

50年前,物理学家斯蒂芬·霍金提出了一个关于暗物质可能是什么的想法:一个黑洞群体,它可能在宇宙大爆炸后不久形成。

这样的原始黑洞不会是我们今天探测到的巨人,而是超致密物质的微观区域,这些区域会在大爆炸后的前五分之一秒内形成,然后坍塌并分散在宇宙中,以可以解释我们今天所知的暗物质的方式牵引周围的时空。

现在,麻省理工学院的物理学家发现,这一原始过程也会产生一些意想不到的同伴:甚至更小的黑洞,具有前所未有的核物理性质,被称为色电荷这些最小的、超级带电的黑洞本来是一种全新的物质状态,它们很可能在诞生后的几分之一秒就蒸发了。

然而,它们仍然可能影响一个关键的宇宙学转变:第一个原子核形成的时间。

物理学家们假设,带颜色电荷的黑洞可能影响了聚变核的平衡,天文学家有朝一日可能会通过未来的测量来探测到这种平衡。

这样的观测结果将令人信服地指出,原始黑洞是当今所有暗物质的根源。

麻省理工学院Germeshausen科学史教授兼物理学教授David Kaiser表示:尽管这些短命的外来生物今天不存在,但它们可能会以今天微妙的信号形式影响宇宙历史。

在所有暗物质都可以被黑洞解释的想法中,这给了我们新的东西可以寻找。

Kaiser和他的合著者、麻省理工学院研究生Elba Alonso Monsalve在《物理评论快报》杂志上发表了他们的研究。

星星之前的时光我们今天所知道和探测到的黑洞是恒星坍塌的产物,当一颗大质量恒星的中心坍塌形成一个密度如此之大的区域时,它可以弯曲时空,使任何东西——甚至光——都被困在其中。

这样的天体物理黑洞的质量可以是太阳的几倍,也可以是数十亿倍。

相比之下,原始黑洞可能要小得多,而且被认为是在恒星之前形成的。

在宇宙甚至还没有形成基本元素(更不用说恒星了)之前,科学家们就认为,超致密的原始物质可能已经堆积并坍塌,形成微观黑洞,这些黑洞的密度可能足以将小行星的质量挤压到一个原子那么小的区域。

奇异的黑洞可能是暗物质的副产品

这些散布在宇宙各处的微小、看不见的物体的引力可以解释我们今天看不到的所有暗物质。

如果是这样的话,那么这些原始黑洞是由什么组成的呢?这就是凯撒和阿隆索·蒙萨尔维在他们的新研究中提出的问题。

凯泽解释道:人们研究了早期宇宙产生过程中黑洞质量的分布,但从未将其与黑洞形成时落入黑洞的物质联系起来。

超级充电犀牛麻省理工学院的物理学家首先通过现有的理论来研究黑洞质量在早期宇宙中首次形成时的可能分布。

Alonso Monsalve说:我们意识到,原始黑洞的形成时间和质量之间存在直接联系。

这个时间窗口早得离谱。

她和凯撒计算出,原始黑洞一定是在宇宙大爆炸后的前五分之一秒内形成的。

这一瞬间会产生典型的微观黑洞,其质量与小行星一样大,与原子一样小。

它还将产生一小部分指数级较小的黑洞,质量相当于犀牛,大小远小于单个质子。

这些原始黑洞是由什么组成的?为此,他们着眼于探索早期宇宙组成的研究,特别是量子色动力学(QCD)理论——夸克和胶子如何相互作用的研究。

夸克和胶子是质子和中子的基本组成部分,它们是结合在一起形成元素周期表基本元素的基本粒子。

大爆炸发生后,物理学家根据QCD估计,宇宙是一个由夸克和胶子组成的极热等离子体,然后迅速冷却并结合产生质子和中子。

研究人员发现,在前五分之一秒内,宇宙仍然是一个由尚未结合的自由夸克和胶子组成的汤。

在这一时期形成的任何黑洞都会吞噬未结合的粒子,以及一种被称为色电荷的奇异性质——一种只有未结合的夸克和胶子才能携带的电荷状态。

奇异的黑洞可能是暗物质的副产品

Alonso Monsalve说:一旦我们发现这些黑洞是在夸克胶子等离子体中形成的,我们必须弄清楚的最重要的事情是,最终进入原始黑洞的物质团中含有多少色电荷?。

利用QCD理论,他们计算出了早期高温等离子体中本应存在的色电荷分布。

然后,他们将其与一个区域的大小进行了比较,该区域将在前五分之一秒坍塌形成黑洞。

事实证明,当时大多数典型的黑洞中都不会有太多的彩色电荷,因为它们是通过吸收大量混合电荷的区域而形成的,这些区域最终会形成中性电荷。

但最小的黑洞会充满彩色电荷。

事实上,根据基本物理定律,它们会包含黑洞所允许的最大电荷量。

尽管这种极端黑洞已经被假设了几十年,但直到现在,还没有人发现在我们的宇宙中形成这种奇怪现象的现实过程。

超级带电的黑洞会很快蒸发,但可能只有在第一个原子核开始形成之后。

科学家估计,这一过程大约在大爆炸后一秒钟开始,这将给极端黑洞足够的时间来破坏第一个原子团开始形成时的平衡条件。

这种干扰可能会影响这些最早原子核的形成方式,这可能会在某一天被观察到。

Alonso Monsalve沉思道:这些物体可能留下了一些令人兴奋的观测印记。

他们本可以改变这个与那个的平衡,这就是人们开始怀疑的事情。

世界最神秘十大未解之谜:巨石阵可能与月球和太阳对齐

只有两块站石还在那里。

uux.cn无人机探索者/Shutterstock据对话(Fabio Silva,Amanda Chadburn和Erica Ellingson):说到与天空的联系,巨石阵以其太阳系排列而闻名。

每年仲夏夜,成千上万的人聚集在巨石阵,庆祝并见证太阳升起,与站在巨石阵外的鞋跟石对齐。

六个月后,一小群人聚集在鞋跟石周围,见证隆冬阳光在石圈内落下。

但一种假设已经存在了60年,即巨石阵的一部分也与月球上升和落月相一致,即所谓的月球大停滞。

尽管几十年来人们一直知道某些石头的布局与月球主要静止状态之间的相关性,但没有人系统地观察和记录巨石阵的这一现象。

这就是我们在一个项目中的目标,该项目汇集了来自英国遗产大学、牛津大学、莱斯特大学和伯恩茅斯大学以及皇家天文学会的考古学家、天文学家和摄影师。

现在有大量考古证据表明,太阳系是巨石阵建筑设计的一部分。

大约在公元前2500年,那些竖起大石头并在白垩中挖一条大道的人似乎想把至日轴线粘在巨石阵的建筑中。

来自附近杜灵顿墙的考古证据表明,在这两个至日中,吸引最多人群的是隆冬。

科学家们认为,参观巨石阵的古人就住在杜灵顿墙。

但巨石阵还包括其他元素,如56个圆形坑、一个土方堤和沟渠,以及其他较小的特征,如四块站石。

这是四块沙森石,一种常见于威尔特郡的硅化砂岩,经过精心放置,形成了一个几乎完全包围石圈的矩形。

这些石头中只有两块还在那里,与较大的石头相比,它们显得苍白,因为它们只有几英尺高。

那么他们的目的是什么呢?月球静止它们形成的矩形不仅仅是任何矩形。

较短的边与石圈的主轴平行,这可能是它们用途的线索。

矩形的较长边围绕着石圈的外侧。

正是这些较长的侧面被认为与月球的主要静止点对齐。

如果你在一个月的过程中标记月亮升起(或落下)的位置,你会看到它在地平线上的两点之间移动。

月球上升(或设定)的南部和北部界限以18.6年的周期在最小和最大范围之间变化,分别称为所谓的小月球静止和大月球静止。

月球的主要停滞期约为一年半至两年,此时最北端和最南端的月亮升起(或落下)相距最远。

当这种情况发生时,月亮在日出和日落的范围之外升起(和落下),这可能赋予了这一天象意义和意义。

我们所掌握的最有力的证据表明,人们标志着月球的主要停滞来自美国西南部。

烟囱岩大屋,1000多年前由祖先普韦布洛人在科罗拉多州圣胡安国家森林建造的多层建筑群。

它坐落在一个山脊上,山脊的尽头是一个由双岩柱自然形成的区域,这个区域对超过26个美洲原住民部落国家具有文化意义。

从大房子的有利位置看,太阳永远不会从柱子之间的缝隙中升起。

然而,在一次大的停滞期间,月亮确实以令人敬畏的方式在它们之间升起。

挖掘出土了保存完好的木材,这意味着研究人员可以追溯到大房子建造的年份。

在六个切割日期中,有四个对应于公元1018年至公元1093年之间的主要月球停滞年,这表明该遗址在连续的主要停滞期内得到了更新、维护或扩建。

回到英格兰南部,考古学家认为月球的主要停滞与巨石阵最早的建造阶段(公元前3000年至2500年)之间存在联系,即在萨森石被引入之前。

在纪念碑的东南部,在最南端的主要停滞月升的大致方向上发现了几组这一阶段施工的火化人类遗骸,在那里的河岸上还设置了三根木柱。

巨石阵遗址和月球之间可能存在早期联系,这一点后来在建造车站石矩形时得到了强调。

然而,主要的月球静止假说提出的问题多于它所回答的问题。

我们不知道这些站石在月球上的排列是否具有象征意义,也不知道人们是否打算通过它们来观察月球。

我们也不知道月球的哪些相位会更引人注目。

搜索答案在我们即将进行的工作中,我们将试图回答主要的月球静止假说提出的问题。

目前尚不清楚月球是否足够强大,可以投射阴影,以及它们如何与其他石头相互作用。

我们还需要检查今天是否还能看到这些路线,或者它们是否被树林、交通和其他特征堵塞。

从2024年2月到2025年11月,月球将每月与站石矩形对齐两次,这给了我们在不同季节和月相观察这一现象的大量机会。

#p#分页标题#e#为了将我们的研究付诸实践,英国遗产将于2024年6月直播最南端的月球升起,并在全年举办一系列活动,包括讲座、弹出式天文馆、观星和讲故事会。

在大西洋彼岸,我们在美国林业局的合作伙伴正在烟囱岩国家纪念碑开发有关月球主要停滞的教育材料。

此次合作将在巨石阵和烟囱岩举办展示和辩论月球排列的活动。

在太阳系的混乱时代,木星可能帮助形成了地球的月球

迁移的木星是否散射了小行星,并导致了形成地球卫星的碰撞?(图片uux.cn美国国家航空航天局)据美国太空网(Keith Cooper):看起来,所谓的大不稳定事件发生在太阳系诞生后的6000万至1亿年之间,它在行星之间造成了混乱,使气态巨星在太空中倾斜,直到它们进入我们今天所知的轨道。

这是一些仔细的科学探测工作的结论,这些工作将一种陨石与一颗曾经被这些掠夺行星推来推去的小行星联系起来。

此外,科学家们认为,迁徙的行星——主要是木星——可能会破坏火星大小的原行星Theia的轨道稳定,从而导致地球月球的形成。

这种不稳定可能引发了与地球的碰撞,将碎片送入太空。

科学家们认为,正是这些碎片形成了月球。

由于对各种类型小行星和彗星的组成和位置的研究,科学家们知道上述大屠杀发生在太阳系历史的早期。

尽管如此,当谈到一切到底是如何发生的时,仍有一些谜题有待解决。

例如,科学家们意识到,我们今天看到的太阳系中的物体,包括地球,是由气体和尘埃盘围绕太阳形成的。

然而,其中一些天体,即小行星和彗星,似乎由盘中不存在的物质组成——至少,这些物质不应该存在于这些天体目前所在的位置。

相反,这些天体在被散射到更远的地方之前,在离太阳更近的地方形成会更有意义。

如果木星和其他巨型行星从它们形成的地方迁移过来,也许小行星和彗星也会迁移过来。

在年轻的太阳系中,木星、土星、天王星和海王星这四颗气态巨行星靠得更近。

随着时间的推移,与海王星以外的星子的引力相互作用导致土星、天王星和海王星向外迁移。

与此同时,木星向内迁移,科学家认为它反过来能够破坏太阳系内部天体的稳定。

莱斯特大学的行星科学家Chrysa Avdellidou告诉Space.com:这种轨道不稳定的想法现在在行星界已经确立,但这种不稳定发生的时间仍然是一个有争议的问题。

科学家们将这种轨道不稳定性背后的理论称为尼斯模型,以法国蔚蓝海岸天文台所在的城市命名,科学家们最初就是在这里提出这一想法的。

最初,这些科学家认为这种不稳定性发生在太阳系诞生后5亿至8亿年之间。

如果这是真的,那将与一场被称为晚期重轰炸的事件相吻合,在这场事件中,由于气态巨星的迁移,内行星将被从轨道上脱落的彗星击中。

然而,有证据反对晚期重轰炸的概念,科学家们现在认为,不稳定发生在太阳系形成后不晚于1亿年,这是基于木星可能在L4和L5拉格朗日点积累特洛伊小行星的时间。

科罗拉多州博尔德市西南研究所的凯文·沃尔什告诉Space.com:人们似乎一致认为,尼斯模型式的不稳定可能发生在太阳系诞生后不到1亿年,但一些不同的阵营正在出现。

另一个阵营认为它发生在大约6000万年后的晚些时候。

因此,Avdellidou在沃尔什和其他行星科学家的帮助下,开始寻找答案。

该团队专注于一种名为EL顽火辉石球粒陨石的陨石,它的铁丰度较低,在成分和同位素比例上与形成地球的物质非常相似。

这告诉科学家,地球和EL球粒陨石可能是由行星形成盘的同一部分凝结而成。

然而,EL球粒陨石母体似乎不再靠近地球。

事实上,地面望远镜的天文观测已经将这些陨石与阿索尔小行星家族联系起来,后者在火星和木星之间的小行星带中发现。

就上下文而言,阿索尔家族和EL球粒陨石曾经是一颗大小行星的一部分,这颗小行星在大约30亿年前的一次碰撞中被粉碎,这一事件与巨大的不稳定性无关。

研究小组表示,应该有什么东西将阿索尔家族的祖先分散到小行星带中,而某种东西一定是导致木星漂移的不稳定因素。

因此,EL球粒陨石是这一事件的完美计时器,因为它们应该包含一定发生了什么的清晰记录。

沃尔什说:具体来说,EL陨石的热历史告诉了一个丰富的故事,既限制了原始母体的大小,也限制了它在破碎前冷却的时间。

通过动力学模拟,Avdellidou的团队能够对木星迁移的不同场景进行建模,并得出结论,木星可能早在太阳系诞生6000万年后就将阿索尔祖星散射到了小行星中。

再加上木星特洛伊小行星的数据,科学家们现在可以说,这种巨大的不稳定发生在6000万至1亿年之间。

沃尔什说:Avdellidou特别发现,尼斯模型本身——这颗巨行星的轨道在短短的1000万年或2000万年内失控——是将小行星送入这一特定的阿索尔小行星家族区域的最佳时机,也许也是唯一的时机。

有趣的是,形成月球的地球和忒伊亚之间的碰撞发生在这段时间左右。

Avdellidou说:我们知道Theia在原地球上发生了一次巨大的碰撞,其成分非常相似。

根据对(月球)样本的研究,有年龄估计,而其他同事已经表明,这次碰撞可能是这颗巨行星不稳定的结果。

尽管没有办法证明这一点。

Avdellidou说:当我们处理45亿年前的事件时,‘防止’是一个强有力的说法,也是一件困难的事情。

尽管这位科学家承认,形成地球月球的碰撞似乎与巨大的不稳定相吻合。

Avdellidou说:我们的研究将这些事件安排在一个很好的、紧凑的时间框架内。

虽然可能无法最终证明木星参与了月球的形成,但这些证据无疑具有启发性。

所以,下次你抬头看我们夜空中月亮的银色表面时,把它想象成早期太阳系的遗产,当时木星在它周围肆虐。

这一发现于4月16日发表在《科学》杂志上,并在维也纳举行的欧洲地质联盟大会上发表。

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