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美國國家航空航天局的羅馬太空望遠鏡任務將如何尋找原始黑洞
发布时间：2025-11-02 18:25:19 来源：雅虎郵箱 作者：互聯網
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（神秘的地球uux.cn）據美國宇航局（Ashley Balzer）：天文學家發現了質量從太陽的幾倍到數百億的黑洞。現在，一組科學家預測，美國國家航空航天局的Nancy Grace Roman太空望遠鏡可能會發現一類迄今為止尚未被探測到的“羽量級”黑洞。
如今，黑洞要麽在大質量恒星坍塌，要麽在重物合並時形成。然而，科學家們懷疑，較小的“原始”黑洞，包括一些質量與地球相似的黑洞，可能是在早期宇宙的最初混亂時刻形成的。
這位藝術家的概念采用了一種異想天開的方式來想象原始的小黑洞。事實上，如此微小的黑洞很難形成吸積盤，使它們在這裏可見。圖像：uux.cn美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心
加州大學聖克魯斯分校的博士後研究員William DeRocco領導了一項關於Roman如何揭示這些黑洞的研究，他說：“探測地球質量的原始黑洞群體對天文學和粒子物理學來說都是令人難以置信的一步，因為這些物體不可能通過任何已知的物理過程形成。”。一篇描述這一結果的論文發表在《物理評論D》雜誌上。“如果我們發現了它們，它將震撼理論物理學領域。”
原始黑洞配方
如今形成的最小黑洞是在大質量恒星耗盡燃料時誕生的。它向外的壓力隨著核聚變的消退而減弱，所以向內的引力贏得了這場拉鋸戰。這顆恒星收縮，密度可能會變得如此之大，以至於變成一個黑洞。
但需要一個最小質量：至少是太陽質量的八倍。較輕的恒星將變成白矮星或中子星。
然而，早期宇宙的條件可能允許形成更輕的黑洞。一個重量相當於地球質量的黑洞會有一個視界——撞擊物體的不歸路點——大約有美國一角硬幣那麽寬。
就在宇宙誕生的時候，科學家們認為它經曆了一個短暫但強烈的階段，即膨脹，當時太空的膨脹速度快於光速。在這些特殊條件下，密度比周圍環境更大的區域可能已經坍塌，形成了低質量的原始黑洞。
雖然理論預測最小的物質應該在宇宙達到目前的年齡之前蒸發，但那些質量與地球相似的物質可能會幸存下來。
發現這些微小的物體將對物理學和天文學產生巨大的影響。
巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的天文學家凱拉什·薩胡沒有參與這項研究，他說：“這將影響從星係形成到宇宙暗物質含量再到宇宙曆史的方方麵麵。”。“確認他們的身份將是一項艱巨的工作，天文學家需要很多說服力，但這是非常值得的。”
斯蒂芬·霍金的理論認為，隨著輻射的逃逸，黑洞會慢慢縮小。隨著時間的推移，現在被稱為霍金輻射的緩慢泄漏會導致黑洞簡單地蒸發。這張信息圖顯示了各種小質量黑洞的估計壽命和視界——撞擊物體無法逃脫黑洞引力控製的點——直徑。圖像：uux.cn美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心
隱藏家園的暗示
觀測已經揭示了這樣的物體可能潛伏在我們銀河係中的線索。原始的黑洞是看不見的，但時空中的褶皺幫助圍捕了一些可能的嫌疑人。
微透鏡是一種觀測效應，因為質量的存在會扭曲時空結構，就像保齡球放在蹦床上時留下的印記一樣。任何時候，當一個介入的物體從我們的有利位置漂移到背景恒星附近時，恒星的光必須穿過物體周圍扭曲的時空。如果對準特別近，物體可以像自然透鏡一樣聚焦和放大背景恒星的光。
利用MOA（天體物理學中的微透鏡觀測）和OGLE（光學引力透鏡實驗）的數據，獨立的天文學家小組發現了出乎意料的大量孤立地球質量物體。
行星形成和演化理論預測了無賴行星的某些質量和豐度——這些行星在銀河係中漫遊，不受恒星的束縛。MOA和OGLE的觀測表明，在銀河係中漂移的地球質量物體比模型預測的要多。
DeRocco說：“無法根據具體情況區分地球質量黑洞和流氓行星。”。但科學家們預計，羅曼在這個質量範圍內發現的物體數量是地麵望遠鏡的10倍。“羅曼將在統計學上非常有力地區分兩者。”
DeRocco領導了一項研究，以確定在這個質量範圍內應該有多少無賴行星，以及Roman能在其中辨別出多少原始黑洞。
發現原始黑洞將揭示關於早期宇宙的新信息，並強烈表明早期確實發生了膨脹。這也可以解釋科學家們所說的占宇宙質量大部分的神秘暗物質的一小部分，但迄今為止還無法確定。
Sahu說：“這是一個令人興奮的例子，說明了額外的科學家可以利用Roman在尋找行星時已經獲得的數據來做一些事情。”。“無論科學家是否找到地球質量黑洞存在的證據，結果都很有趣。無論哪種情況，這都將加強我們對宇宙的理解。”
Nancy Grace Roman太空望遠鏡由位於馬裏蘭州格林貝爾特的NASA戈達德太空飛行中心管理，南加州的NASA噴氣推進實驗室和加州理工學院/IPAC、巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所以及由多個研究機構的科學家組成的科學團隊參與其中。主要的工業合作夥伴是位於科羅拉多州博爾德的BAE係統公司；L3Harris Technologies，位於紐約羅切斯特；以及加利福尼亞州千橡園的Teledyne Scientific&Imaging。
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