最奥秘的引力波信号,或许证明霍金半世纪前的理论?

最奥秘的引力波信号,或许证明霍金半世纪前的理论?
图为两中子星并合的数值模仿的快照。能够看到,在剧烈爆破发作的前一刻,星体受到了潮汐力的拉伸。(图片来历:CoRe/Jena FSU) 约半个世纪之前,霍金初次深入研讨了原初黑洞理论。他以为这种黑洞诞生于世界之初。在此基础上,一些科学家以为原初黑洞是暗物质候选者,但其存在与否,一向未能得到承认。上一年4月,LIGO勘探到了一次难以解说的引力波信号。许多地理学家将其归因于“超重”的双中子星的磕碰,可是也有人提出了更为独特的解说——两个原初黑洞的并合。 自从美国激光干与引力波地理台(LIGO)在2015年初次直接勘探到引力波以来,引力波已经成为地理学界最抢手的论题之一。通常情况下,研讨人员能够经过这种由黑洞并合发作的时空涟漪来研讨该进程的内部机制。不过,LIGO勘探到的引力波还或许源于其他天体磕碰事情,比方双中子星并合等等。因而,有时LIGO的勘探成果会让地理学家们感到困惑。这样的困惑在上一年4月观测到的一次引力波事情中到达峰值。这次编号GW190425的引力波事情的来历引发了极大的争辩,直到最近,它才被归因于双中子星并合。可是,这个定论依然无法则一切地理学家服气。 引发争辩的关键在于,LIGO的观测数据显现,这对中子星的质量超出预期——其总质量约为太阳的3.4倍,比已知最大的双中子星体系还要重0.5个太阳质量。美国宾夕法尼亚州立大学的地理学家查德·汉纳(Chad Hanna)这样点评道:“这是已知最重的中子星,其质量超乎幻想。” 这个反常的质量使一些科学家发作了置疑,他们以为GW190425或许不是由双中子星的并合发作的,而是来自另一种愈加独特的事情——两个原初黑洞(primordial black hole, PBH)的并合。暗物质是遍及世界的某种不行见物质,它或许占有了世界总质量的23%。而原初黑洞被视为解说暗物质的候选者之一。一种理论以为,在大爆破后很短的时刻内,世界中的密度涨落构成了这种最陈旧的黑洞,它们一向存在至今,而且能够解说最近LIGO观测中发现的质量反常。 大约半个世纪前,世界学家斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)提出,原初黑洞或许构成于物质十分细密的世界婴儿期。尔后,这个理论在地理学家和世界学家中引发了广泛的评论。直至今天 ,由于一向短少原初黑洞存在的直接依据,许多科学家仅在万不得已的情况下才会考虑这一假定。不过,原初黑洞实在存在,而且在世界中广泛散布的或许性依然不能扫除。 科学家将原初黑洞视为暗物质重要候选者的原因有许多,但最重要的一点在于,它们无法被直接观测到,一起具有巨大的引力,这契合咱们对暗物质的要求。虽然如此,汉纳依然表明,假如原初黑洞的数量真的多到足以解说世界中一切暗物质,那么曩昔地理学家对原初黑洞的搜索就不应该一无所得。因而,他弥补道,即便原初黑洞真的存在,它们也只能构成暗物质的一小部分。 也有人持不同的观念。西班牙马德里自治大学的理论世界学家胡安·加西亚-贝利多(Juan García-Bellido)以为:“原初黑洞或许依然足以构成一切的暗物质。”他随后弥补道,这种陈旧的天体或许具有一系列不同的质量,而不是某个固定值。假如原初黑洞的质量散布在一个巨大的规模之中,例如从太阳质量的几千分之一到十亿倍,那么它们就有或许构成世界中悉数的暗物质,却仍未被咱们发现。他表明:“现在宣布的那些否定原初黑洞构成暗物质的研讨存在一个一起的问题,那就是以为一切原初黑洞的质量都相同,而且在空间中均匀散布。”假如原初黑洞存在如此大的质量差异,那么它们有必要严密地成群散布,这样才干发作磕碰和并合,然后变得更大。 由于理论以为原初黑洞是在大爆破后很短的一段时刻内构成的,因而它们开端应当很容易发作触摸。究竟比较现在这个胀大了近140亿年的世界,前期的世界空间应当小许多,因而原初黑洞发作磕碰的或许性也更大。因而,LIGO团队的成员之一,纽约弗拉迪朗研讨所的地理学家卡特琳娜·哈奇约安奴(Katerina Chatziioannou)以为,虽然观测到的引力波确实或许源于原初黑洞的并合,但这种事情发作的或许性微乎其微。她同样是行将宣布于《天体物理学杂志快报》(Astrophysical Journal Letters)的一篇文章的一起作者,该文中将GW190425观测事情归由于中子星磕碰。 上一年4月,在LIGO勘探到GW190425号引力波后,全世界的望远镜都开端搜索与之相关的电磁辐射信号——这也是双中子星磕碰事情的典型标志,可是天空依然一片乌黑。哈奇约安奴表明:“假如是两个原初黑洞发作了并合的话,确实不会有任何光呈现。”虽然如此,她依然弥补道,没有勘探到光线也不能扫除中子星并合的或许性。大质量中子星的并合进程或许很安静,由于它们相撞后或许敏捷发作了黑洞,而没来得及开释光辉。另一种或许是,这一并合事情发作的方位在地上望远镜的勘探规模之外,例如在太阳后边的区域。她说:“有很好的理由能够解说,为什么咱们没观测到光。” 这项观测成果其实只能作为一种诱人的头绪,暗示原初黑洞有或许存在,而且其间两个碰巧在漆黑的世界中相遇了。假如未来能够发现一对黑洞,而且它们的质量都比太阳还小的话,这一猜想才干真实得到证明。汉纳说:“假如你发现了一个质量比太阳还小的黑洞,那么至少以现有的地理学理论来说,除了原初黑洞理论之外,咱们没有其他能够解说其成因的机制。”对此,加西亚-贝利多也持有相同的观点:“假如能发现质量小于太阳,或高出(太阳)50倍的黑洞,那么咱们就有确凿依据了。” 虽然这或许是咱们第一次勘探到原初黑洞,但汉纳和哈奇约安奴都以为LIGO这次的观测成果更有或许仅来历于超重的中子星。究竟,现在已经有理论能够解说质量如此大的中子星是怎么构成的,而且其构成进程并不需要依赖于某种偶然事情的发作。哈奇约安奴表明:“比较之下,(这一引力波事情源于)原初黑洞的或许性远远小于超出已知质量的中子星的或许性。并不是说它彻底不或许,仅仅或许性很小。” 不过,虽然汉纳等研讨者都以为GW190425不太或许源于原初黑洞的并合,加西亚-贝利多依然对这一理论保持着达观的情绪:“一切LIGO的观测事情都有或许源于原初黑洞。”或许只要时刻和更多的观测数据,才干告知咱们答案吧。