原初黑洞“囚禁”了暗物质(上)

宇宙大部分的物质可能陷入古老的黑洞，在宇宙学领域有一个非常大的话题，大约80%的宇宙物质在人们可观测的视线之外，它们是宇宙中“迷失的物质”，天文学家将大部分“不知去向”的物质称之为暗物质，“星罗棋布”的暗物质分布在宇宙的各个角落，它们产生了和普通物质一样的巨大引力，暗物质质量的巨大引力拖动了天体的运动，塑造了星系的外形，但迄今没有一位科学家探测到了暗物质的存在，除了引力的拖动效应，暗物质几乎不与任何普通物质发生相互的作用，恒星和行星、尘埃、原子和亚原子粒子等普通物质只受暗物质的引力作用，暗物质的“暗”名符其实，它们是宇宙中看不见的物质。

暗物质的存在成了宇宙学中最大的神秘问题，科学家感受到的困扰几乎持续了85年，什么时候能解开科学家的“心结”？暗物质的谜团在未来几年有解开的希望。科学家发现了引力波信号，在引力波物理学领域取得了历史性的突破性，引力波的发现将会帮助科学家排除暗物质一种可能的候选对象，暗物质不再被认为是由某种奇异的难以探测的粒子构成。

引力波的发现使得科学家有理由相信，由两个碰撞与合并的中等质量黑洞组成了大质量黑洞，科学家发现了在碰撞与合并过程中产生的引力波信号，中小质量的黑洞在宇宙中似乎十分常见，它们被认为是在宇宙大爆炸之后几微秒形成的天体，这意味着宇宙大部分的暗物质不是由奇异粒子构成，而是它们陷入了黑洞。

科学家卡什林斯基和同事构想了“黑洞暗物质”的概念，宇宙的起源似乎有另外一番景象，暗物质占到了宇宙总物质的五分之四，它们在宇宙诞生的极早期已被所谓的原初黑洞吞噬，原初黑洞吞没暗物质的过程短暂而令人感到惊心动魄，暗物质的“湮灭事件”发生第一批恒星诞生前的数百万年。卡什林斯基科学小组构想的图景让人寝食不安，忧心忡忡，似乎有无数的古老黑洞在我们的周围徘徊，虎视眈眈，它们“潜伏”在黑暗的宇宙空间，四处“觅食”的行为可能给人类带来“食鉴出真知”的灾难，黑洞的“捕食者说”本领让普通物质不得“掉以轻心”，地球和太阳也可能成为漫游者黑洞的“食物”。

暗物质说如何起源 ？1933年，瑞士天体物理学家弗瑞兹·兹维基第一次指出了暗物质的存在，他当时只是为了测定一个星系群运动的速度，后发座星系团由上万亿颗恒星组成，它距离我们的地球大约为22亿光年，兹维基在测定后发座星系团的运动特性时对比了两组数据，一组数据是星系团的亮度，一组数据是星系团运动快慢的速度。兹维基用加州理工学院特别建造的望远镜拍摄了星系团的图像，对星系团内所有星系的平均速度进行了测量，通过爱因斯坦的广义相对论计算了星系团的质量，最后将速度数据和星系团的亮度数据进行对比。

数据对比的结果让兹维基感到十分惊讶，后发座星系团的亮度很暗，很难解释星系团内所有星系的运动速度，计算结果表明星系群内的恒星质量太大，兹维基推断，星系内存在大量看不见的物质，他把看不见的星系物质称为“暗物质”，它们潜藏在星系团中，对星系物质产生了增量的“鼓胀效应”。

科学家引入了暗物质概念，这主要是为了解释在理论计算和实际观测之间出现的巨大差值，大部分的星系物质似乎在星系内迷失了。从此以后，科学家不断地发现了暗物质存在的证据，天文学家在几乎所有的星系和星系团中都发现了相似的暗物质迹象，它们会“蜗居”在星系边缘，形成了被天文学家观测到的“超级晕圈”，在星系边缘对周围的恒星运动产生了显著的影响。科学家在揭示暗物质性质的过程中设想了两种暗物质粒子的候选对象：MACHOS和WIMPs，仅有一种可能是正确的选择。

科学家很快将黑洞作为暗物质的主要候选场所，暗物质不发出任何光线，有令人难以置信的密度和紧凑性，它是非常理想的对可见物质产生强大引力的神秘物体。兹维基等科学家的计算结果显示了暗物质“蹲守”在星系的外环，天文学家也将暗物质称为“大质量紧凑性的晕环物体”或MACHOs。有些科学家相信，MACHOs在宇宙大爆炸之后的几微秒时间形成，而宇宙诞生的大事件产生了炙热的高能等离子体“羹汤”。

在经过冷却之后形成了第一批亚原子的物质，亚原子粒子经过冷却之后形成了原子和分子，最终形成了气体和恒星。原初黑洞已作为“框架物体”嵌入到太空背景中，在第一批恒星和行星、星系和星系团开始形成时，在它们数百万年之前形成的原初黑洞以十分精妙的方式影响了它们的命运。暗物质大大超过了恒星的质量，想象一下，在每一颗闪烁恒星的背后都会有4倍于这颗恒星的暗物质被永久地锁定在黑洞之中。

（编译：2016-7-24）