美國宇航局斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的大熊座天區(qū)紅外波段圖像。最近，有科學(xué)家認(rèn)為暗物質(zhì)有可能是由宇宙早期的黑洞組成的，這一理論似乎與紅外波段以及X射線波段的宇宙學(xué)觀測結(jié)果相吻合，并且能夠解釋黑洞合并時的一系列現(xiàn)象。

在屏蔽所有已知的恒星，星系以及其他任何已知物質(zhì)之后，對圖像進(jìn)行增強(qiáng)，我們便看到了一些不規(guī)則的斑塊。這就是所謂宇宙紅外背景（CIB），其中顏色較淺的區(qū)域代表更為明亮的區(qū)域。

綜合起來考慮，最初一批恒星產(chǎn)生的紅外波段輻射以及物質(zhì)朝著黑洞下降過程中產(chǎn)生的X射線輻射將能夠解釋錢德拉與斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡所觀測到的CIB以及CXB斑塊不均一信號。

據(jù)英國《每日郵報》報道，暗物質(zhì)是構(gòu)成宇宙很大一部分的神秘物質(zhì)成分。盡管知之甚少，但科學(xué)家們目前傾向于認(rèn)為它是一種大質(zhì)量的奇異粒子組成的物質(zhì)，但關(guān)于這一點(diǎn)，我們還沒有任何確鑿的證據(jù)能夠予以證明。

還有另外一種觀點(diǎn)，認(rèn)為暗物質(zhì)實(shí)際上是在宇宙誕生初期就產(chǎn)生的黑洞組成的，也就是所謂的原初黑洞。而現(xiàn)在，美國宇航局的科學(xué)家們開展的一項(xiàng)研究表明，后一種觀點(diǎn)似乎與紅外波段以及X射線波段的宇宙學(xué)觀測結(jié)果相吻合，并且能夠解釋黑洞合并時的一系列現(xiàn)象。

美國宇航局戈達(dá)德空間飛行中心的天體物理學(xué)家亞歷山大·卡林斯基（Alexander Kashlinsky）表示：“這項(xiàng)研究的主要目的是將目前存在的各類觀點(diǎn)和實(shí)際觀測數(shù)據(jù)相互驗(yàn)證，看看兩者之間是否吻合。結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)這一理論與觀測的吻合度驚人的好。”他說：“如果這一理論最終被證明是正確的，那么所有的星系，包括銀河系在內(nèi)，實(shí)際上可能都是鑲嵌在一個巨大的黑洞球體包圍之中，每一個黑洞的質(zhì)量都相當(dāng)于大約30倍太陽質(zhì)量左右。”

在2005年，卡林斯基率領(lǐng)一個天文學(xué)家小組，利用美國宇航局的斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡對一個天區(qū)的紅外波段背景進(jìn)行了觀測。他們報告稱在這一紅外背景中觀測到一些亮度異常的斑塊，他們認(rèn)為這有可能是130億年前宇宙誕生初期最早的一批恒星發(fā)出的光芒。后續(xù)觀測確認(rèn)，在天空的其他區(qū)域同樣能夠觀測到“宇宙紅外背景”（CIB）中類似的隱藏結(jié)構(gòu)。

大約8年后，另一項(xiàng)研究致力于對美國宇航局錢德拉X射線望遠(yuǎn)鏡的所謂“宇宙X射線背景”（CXB）數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將這一結(jié)果與同一天區(qū)的CIB紅外波段數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。

研究組發(fā)現(xiàn)最初一批恒星發(fā)出的主要是可見光和紫外光，由于宇宙膨脹，這些光線的波長被拉長，從而變成了紅外光，因此應(yīng)該不會在X射線波段背景中產(chǎn)生重要的影響。

然而，低能X射線波段中顯示的異常斑塊特征與紅外波段背景中顯示的斑塊特征幾乎完全相同，而唯一在能級跨度上能夠涵蓋整個波長范圍的已知天體就只有黑洞。

因此，研究組得到結(jié)論認(rèn)為，早期宇宙中應(yīng)當(dāng)存在著大量原初黑洞，它們貢獻(xiàn)了宇宙紅外背景中至少1/5的紅外輻射源。

目前美國宇航局正在對這一問題進(jìn)行研究，作為阿爾法磁譜儀（AMS）和費(fèi)米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡的研究對象之一。

卡林斯基表示：“這些研究正在得到越來越高的靈敏度，逐漸縮小暗物質(zhì)粒子參數(shù)的各項(xiàng)不確定性。”他說：“搜尋暗物質(zhì)的不成功讓我們對暗物質(zhì)的本質(zhì)可能就是原初黑洞的猜想產(chǎn)生了愈發(fā)濃厚的興趣。”

物理學(xué)家們此前總結(jié)出了幾條理論，能夠解釋高溫且處于迅速膨脹狀態(tài)中的早期宇宙如何能夠 在宇宙大爆炸之后的數(shù)千分之一秒內(nèi)產(chǎn)生原初黑洞。而相關(guān)理論也顯示，宇宙的年齡越老，那么能夠形成的黑洞質(zhì)量就能越大。但由于能夠產(chǎn)生這類黑洞的窗口期持 續(xù)時間非常短暫——只有大爆炸之后最初的一瞬間——遠(yuǎn)遠(yuǎn)不到一秒鐘的時間——因此科學(xué)家們認(rèn)為原初黑洞的質(zhì)量應(yīng)該都差不多大，它們相互之間的質(zhì)量差異會很 小。

去年9月14日，一對13億光年外的黑洞合并過程所產(chǎn)生的引力波信號被設(shè)在美國的“激光干涉引力波天文臺”（LIGO）觀測到。這一事件標(biāo)志著人類首次直接探測到引力波信號。

這一信號也讓LIGO的科學(xué)家們得以據(jù)此計算出這兩個黑洞中單個黑洞成員的質(zhì)量——結(jié)果顯示分別為29倍和36倍太陽質(zhì)量，誤差約為±4倍太陽質(zhì)量。研究人員們認(rèn)為這樣的黑洞質(zhì)量實(shí)際上大的有些讓他們意外，并且兩者間的差值也出乎意料地小?？炙够硎荆?ldquo;取決于起作用的何種機(jī)制，原初黑洞的性質(zhì)可以與LIGO所探測到的這兩個黑洞非常相似。”他說：“如果我們假定事實(shí)的確如此，也就是LIGO捕捉到了發(fā)生在早期宇宙中兩個黑洞的合并信號，那么我們就可以觀察，這件事將會對我們有關(guān)宇宙最終如何演化的認(rèn)識產(chǎn)生什么樣的影響。”

在今年5月24日發(fā)表的一篇最新論文中，卡林斯基分析了如果假定暗物質(zhì)的本質(zhì)實(shí)際上就是類似LIGO所探測到的那類黑洞的話，事情將會如何發(fā)展。

黑洞的存在扭曲了早期宇宙中的質(zhì)量分布，這一結(jié)果產(chǎn)生的微小震蕩在數(shù)億年之后，當(dāng)最初一批恒星開始形成時產(chǎn)生了顯著的影響。

在宇宙誕生之后的最初5億年內(nèi)，所謂的“常規(guī)物質(zhì)”的溫度仍然太高，因而難以聚集形成最早的恒星。

暗物質(zhì)則不同，它們不會受到高溫的影響，因?yàn)樗旧现慌c引力發(fā)生作用，與其他因素之間幾乎不產(chǎn)生任何影響。于是，在相互間的引力作用下，暗物質(zhì)最先開始聚集，并形成所謂的“超小暈”（minihaloes）結(jié)構(gòu)。這種質(zhì)量團(tuán)塊提供了一種引力“種子”，讓后來的常規(guī)物質(zhì)得以被吸引并附著其上——大量的高溫氣體開始在引力作用下向著這些超小暈結(jié)構(gòu)聚集，隨著溫度的下降，這些逐漸聚攏的常規(guī)物質(zhì)發(fā)生進(jìn)一步凝聚和塌縮，第一批的恒星就此誕生了。

卡林斯基的工作表明，如果黑洞的確是組成暗物質(zhì)的重要成分，那么這一過程的發(fā)生將會迅速的多，并進(jìn)而產(chǎn)生在斯皮策望遠(yuǎn)鏡探測到的CIB數(shù)據(jù)中的那種斑塊不均一性特點(diǎn)，即便只有很小一部分的“超小暈”結(jié)構(gòu)最終能夠產(chǎn)生恒星，情況也是一樣。

隨著空間中的氣體物質(zhì)向“超小暈”聚集，組成這些“超小暈”的黑洞自然而然的將會吞噬掉其中的一部分氣體物質(zhì)。

而物質(zhì)朝著黑洞盤旋下降的過程將會產(chǎn)生加熱并釋放X射線。綜合起來考慮，最初一批恒星產(chǎn)生的紅外波段輻射以及物質(zhì)朝著黑洞下降過程中產(chǎn)生的X射線輻射將能夠解釋錢德拉與斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡所觀測到的CIB以及CXB斑塊不均一信號。

偶然的，有些原初黑洞可能會相互運(yùn)動到比較接近的位置上，從而互相吸引并成為一個相互繞轉(zhuǎn)的雙黑洞系統(tǒng)。這樣一個系統(tǒng)將會不斷釋放引力波信號，在此過程中丟失軌道動能并不斷相互接近，最終，兩者將會發(fā)生合并成為一個質(zhì)量更大的黑洞，就像LIGO在去年所探測到的那樣。

卡林斯基表示：“未來LIGO的后續(xù)觀測工作將告訴我們更多有關(guān)宇宙中黑洞數(shù)量的信息。相信在不久之后，我們就將能夠了解到，關(guān)于黑洞與暗物質(zhì)關(guān)系的理論是否是正確的。”

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