黑洞：生於時間之始，可解暗物質之謎

兩個黑洞合併的假想圖。（圖源：加州理工學院R. 赫特 (IPAC)）

黑洞的本質是什麼？黑洞怎麼來？黑洞在宇宙的進化中起着怎樣的作用？這些問題仍然困擾着科學家們。現在，一項新的研究表明，那些宇宙最早期就存在的黑洞，可以解釋多個天文之謎。

這項研究表明，在宇宙大爆炸之後，早期的宇宙由原始的小黑洞填充，這些小黑洞加速了恆星和星系的形成。這個理論本身並不新鮮，早在1971年由斯蒂芬·霍金提出。然而，在這項新的研究中，天文學家卻告訴人們，如今人類對宇宙的理解上出現的巨大空白，其實可以由原始黑洞巧妙地填補。

首先，這些黑洞可以解釋暗物質的存在和性質。暗物質無法被看見，並且預計佔據宇宙所有物質的85%。那麼原始黑洞是如何解釋暗物質之謎的呢？很簡單，這些黑洞可能就是那些沒有被觀測過的暗物質本身，雖然該理論迄今爲止還沒有證據。

“我們的研究表明，無需引入新的粒子或物理學理論，從研究暗物質本身的性質、再到尋覓超大質量黑洞的起源，我們就能揭開現代宇宙學的謎底。” 邁阿密大學物理學助理教授、這項研究的共同作者尼克·卡佩盧迪在聲明中說道。

原始黑洞的理論最初由霍金提出，後來被主流觀點所拋棄。主流觀點認爲黑洞是在大質量恆星生命結束時坍縮後產生的。

但在過去幾年裡，人們利用尖端技術對黑洞進行了觀測和探測，發現潛伏在宇宙中的黑洞並不總是與預期相符。一些黑洞要麼太大要麼太小，然而大質量恆星的坍縮是不可能形成這樣的黑洞的。

“不同尺寸的黑洞依然是個謎。我們並不理解，在自宇宙存在以來的相對較短的時間內，超大質量黑洞是如何長到如此巨大的。” 歐洲航天局（ESA）的科學主任、這篇論文的共同作者金特·哈辛格認爲。

根據該理論，黑洞從一開始就存在，在宇宙大爆炸後的數百萬年裡加速了恆星的形成。（圖源：歐洲航天局）

科學家們提出的新模型，改變了先前所假設的宇宙演化時間軸上的幾個時間點。比如，如果原始黑洞從一開始就存在，那麼它們就會比我們融合得比我們想象中更快，從而有更多的時間長到如今能被探測到的規模。

這些黑洞的引力也會加速第一代恆星和星系的形成。因爲在大爆炸後的最初數百萬年裡，充滿黑暗宇宙的塵埃和氣體雲會在黑洞引力的作用下更快地坍塌。因此，那些神秘的黑暗時期會更短，第一代恆星也會更早形成。

“原始的黑洞如果存在，那將會是一切黑洞的最初來源，銀河系中間的黑洞也不例外。” 耶魯大學天文學教授、該研究的共同作者之一普里亞姆瓦達·納塔拉詹在聲明中說。

讓天文學家們難以解釋的，不僅僅是大黑洞。歐洲航天局的蓋亞任務得到了最爲詳細的三維銀河地圖。其證據表明，有大量的小尺寸黑洞散佈在銀河系各處。這些黑洞太小，是無法從大恆星的坍塌中誕生的。

這項發射任務有一個最重要的目標，就是要探測大爆炸後產生的第一代恆星的餘輝，它們是宇宙中的第一束光。殘餘的紅外線證據將會揭示哪種理論才更正確：黑洞是從一開始就一直存在，還是在第一代恆星消亡後纔開始形成。

“如果第一代恆星和星系在所謂的‘宇宙黑暗時代’就已經形成了，那麼韋伯太空望遠鏡也會拿到相應的證據。”哈辛格說。

該研究已被接受發表在《天體物理學雜誌》上，可在預印本網站Arxiv上在線查閱。

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詹姆斯·韋伯空間望遠鏡，是已發射的紅外線空間望遠鏡，原計劃耗費5億美元並於2007年發射升空。但由於各種原因，導致項目嚴重超支，發射時間數次推遲，最新預估總耗費高達100億美元，發射時間爲美國東部時間2021年12月25日7時20分。2019年8月28日NASA表示該望遠鏡首次組裝完畢。

BY: Tereza Pultarova

FY: 小戴同學

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