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宇宙中可能充滿了不會死亡的超輕黑洞

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宇宙中可能充滿了不會死亡的超輕黑洞


這張模擬圖像展示了黑洞如何彎曲星空背景并捕捉光線 。來源：美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心
據《今日宇宙》（布萊恩·科伯林）：原始黑洞是在宇宙最早的時刻形成的假想物體 。根據這些模型，它們是由物質密度和時空的微小波動形成的，成為沙粒大小的山狀黑洞 。
盡管我們從未探測到原始黑洞，但它們具有暗物質的所有必要特性，例如不發光和聚集在星系周圍的能力 。如果它們存在，它們可以解釋大部分暗物質 。
不利的一面是，大多數原始黑洞候選者已經被觀測排除在外 。例如，為了解釋暗物質，必須有如此多的引力粒子，以至于它們經常從我們的有利位置從恒星前面經過 。這將產生一個我們應該定期觀察的微透鏡光斑 。幾次巡天都沒有發現這樣的事件，所以PBH暗物質現在不是一個流行的想法 。
發布在arXiv預印本服務器上的一項新工作采用了略有不同的方法 。它考慮的不是典型的原始黑洞，而是超輕黑洞 。這些物質的質量很??，窚\Ｐ 。?以至于霍金輻射會發揮作用 。
霍金衰變的速率與黑洞的大小成反比，因此這些超輕黑洞應該在短的宇宙時間尺度上輻射到生命的盡頭 。由于我們沒有一個完整的量子引力模型，我們不知道超輕黑洞最終會發生什么，這就是本文的來源 。

宇宙中可能充滿了不會死亡的超輕黑洞


原始黑洞的觀測極限 。來源：S.Profumo
正如作者所指出的，基本上有三種可能的結果 。第一個是黑洞完全輻射出去 。黑洞將以高能粒子的短暫閃光而結束 。第二種是某種機制阻止了完全蒸發，黑洞達到某種平衡狀態 。第三種選擇與第二種類似，但在這種情況下，平衡狀態會導致視界消失，留下一個暴露的致密物質，稱為裸奇點 。作者還指出，對于后兩種結果，物體可能具有凈電荷 。
對于蒸發的情況，最大的未知數是蒸發的時間尺度 。如果PBH最初很??，它们会褩U僬舴?nbsp;， 并增加早期宇宙的再加熱效應 。如果它們慢慢蒸發，我們應該能夠將它們的死亡視為伽馬射線的閃光 。這兩種效應都沒有被觀測到，但像費米大面積望遠鏡這樣的探測器可能會捕捉到其中的一種 。
對于后兩種選擇，作者認為平衡將在普朗克尺度附近達到 。殘余物將是質子大小的，但質量要高得多 。不幸的是，如果這些殘留物是電中性的，就不可能被探測到 。它們不會衰變成其他粒子 ， 也不會大到可以直接探測到 。這符合觀察結果，但不是一個令人滿意的結果 。這個模型基本上是無法驗證的 。如果這些粒子確實帶有電荷 ， 那么我們可能會在下一代中微子探測器中探測到它們的存在 。
這項工作的主要內容是，目前的觀測并沒有完全排除原始黑洞的可能性 。在我們有更好的數據之前，這個模型加入了許多其他可能性的理論堆 。