微小的黑洞可能潛伏在小行星、衛(wèi)星甚至像我們這樣的行星內部
小原始黑洞(PBHs) 是當今天文學和宇宙學的熱門話題之一。這些假設黑洞被認為是在Big Bang,由亞原子物質袋致密,以至于它們經歷了引力坍縮。
目前,PBH 被認為是暗物質,原始引力波以及物理學中各種問題的解決方案。然而,到目前為止,還沒有觀察到明確的 PBH 候選者,這導致了我們如何找到這些微型黑洞的建議。
最近的研究表明,主序中子星和矮星的內部可能包含小的 PBH,這些 PBH 正在慢慢消耗它們的氣體供應。
在最近的研究,一個物理學家團隊擴展了這一想法,包括一種可能檢測 PBH 的新途徑?;旧?,我們可以在行星和小行星等物體內部進行搜索,或者使用大板或金屬板來檢測 PBH 是否有其經過的跡象。
通過檢測這些天體會離開的微通道,科學家們最終可以確認 PBH 的存在,并揭示當今宇宙學中一些最大的謎團。
該研究由臺灣國立東華大學的物理學家 De-Chang Dai 進行,該宇宙學和天體物理學教育與研究中心(CERCA) 和 Dejan Stojkovic,物理學家高能物理學和宇宙學小組。
詳細介紹他們發(fā)現的論文最近發(fā)表在網上,正在審查以在該雜志上發(fā)表黑暗宇宙的物理學.
自從俄羅斯科學家以來,科學家們幾十年來一直對 PBH 著迷伊戈爾·諾維科夫 (Igor D. Novikov) 和雅科夫·澤爾多維奇 (Yakov Zeldovich)在 1966 年預測了它們的存在。他們也是斯蒂芬·霍金,他在 PBH 方面的工作使他在 1974 年突破性地發(fā)現黑洞會隨著時間的推移而蒸發(fā)。
雖然較大和中等大小的黑洞需要比當前宇宙年齡(約 138 億年)更長的時間才能蒸發(fā),但較小的 PBH 可能已經或可能正在蒸發(fā)。
然而,近年來,人們對 PBH 的興趣經歷了復興,因為它們是暗物質候選者、原始引力波 (GW) 的來源等。就像暗物質一樣,它們的存在可能有助于解開一些重大的宇宙學之謎,但尚未得到證實的觀測結果。
正如 De-Chang 和 Stojkovic 通過電子郵件告訴 Universe Today 的那樣,這就是促使他們提出新型檢測方法的原因:
“如果小行星,或者衛(wèi)星或小行星(小行星)的液態(tài)核心被固體外殼包圍,那么一個小的 PBH 會相對較快地消耗致密的液態(tài)核心(在幾周到幾個月內)。如果材料足夠堅固以承受重力應力,則地殼將保持完整。
因此,我們最終會得到一個空心結構。如果中央的黑洞被噴射(由于與其他物體碰撞),密度將低于具有液態(tài)核心的巖石物體的通常密度。
此外,De-Chang 和 Stojkovic 還計算了小 PBH 將產生的引力應力。然后,他們將其與構成行星地殼的材料(如硅酸鹽礦物(巖石)、鐵和其他元素)的抗壓強度進行了比較。他們還考慮了最堅固的制造材料,例如多壁碳納米管。
“例如,我們發(fā)現花崗巖可以支撐半徑達地球半徑 1/10 的空心結構,”斯托伊科維奇說。“這就是為什么我們應該專注于小行星、衛(wèi)星或小行星?!?/p>
這些計算提供了一種在太空和地球上尋找 PBH 證據的方法。通過觀察它們的質量和半徑,可以估計它們的密度,從而在我們的太陽系中識別可能的候選小行星、衛(wèi)星或小行星。
這將使天文學家能夠識別潛在的空心物體,以便通過探測器、著陸器和其他機器人太空任務進行后續(xù)研究。或者,他們建議構建傳感器,通過檢測 PBH 的通道來搜索 PBH。斯托伊科維奇說:
“如果一個小的 PBH 穿過一些固體材料,它將留下一條筆直的長隧道,其半徑與 PBH 的半徑相當。例如,1023 g PBH 應留下半徑為 0.1 微米的隧道。這種 PBH 可以具有的 [能量] 很大,但它們沉積到材料中的 [能量] 非常低。事實上,這樣的 PBH 甚至可以穿過人體,我們甚至不會注意到,因為人體組織的張力非常低。
通過這種方式,科學家可以掃描我們發(fā)現的常見材料(如玻璃或巖石)中的微隧道。同時,De-Chang 和 Stojkovic 說,可以為此目的準備大塊拋光金屬板。似中微子檢測時,這些板片需要被隔離,以便記錄其特性的任何突然變化。
“這些 PBH 的預期通量非常小,我們最終可能一無所獲,但找到 PBH 的可能回報將是巨大的,特別是因為這樣的實驗將非常便宜,”Stojkovic 說。
正如 De-Chang 所補充的那樣,近年來有人提出,一些原始黑洞可能隱藏在恒星中。斯蒂芬霍金曾經提出這個想法,成為兩項研究的基礎,一2019 年發(fā)布以及去年的另一次。
“還有人提出,原始黑洞可能會輻射伽馬射線。銀河系暗物質暈中的強伽馬射線可以很好地暗示原始黑洞的存在,“De-Chang 說。
“引力微透鏡可能是識別原始黑洞的另一種方法?!?/p>
本文最初由今日宇宙.閱讀原創(chuàng)文章.
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