黑洞撞擊月球?新研究:宇宙早期原子核大小的黑洞,或擊穿了月球

黑洞是我們宇宙中的最恐怖的天體,它可以無視自然結構并摧毀它們所接觸的一切。而在已觀測的所有黑洞可分三種:恒星質量黑洞、中等質量黑洞和超大質量黑洞。每一個都比我們的太陽質量大,并且在大爆炸后至少數十萬年形成,隨著我們的宇宙不斷成長和演化。

但是還有另一種類型的黑洞天文學家還沒有看到,但認為可能存在——原始黑洞(Primordial Black Hole,PBH)。

而發表在《皇家天文學會月刊》的一項「大膽」研究提出, 宇宙大爆炸后形成了很多大小相當于氫原子的原子核的原始黑洞,它們在宇宙中擴散并到達我們的太陽系,甚至可能撞擊了月球。聽起來像是科幻小說的情節,但它實際上可能是現代科學最偉大的謎團之一——暗物質的關鍵所在。

原始黑洞和暗物質!

大約140億年前,當宇宙的時鐘開始滴答作響時,空間仍然是一個緊湊、熾熱、瘋狂的粒子云,各種粒子在一片混亂中隨機運動。在大爆炸之后只有一小段時間——大約 1 秒——原始黑洞可能形成。但在我們不斷膨脹的早期宇宙的極端世界中,在一秒鐘內可能會發生很多事情。在這個時間窗口中,原始黑洞形成得越晚,它們的質量就越大。根據它們形成的確切時間,原始黑洞的質量可能低至10^-5克,或者比回形針小 100000 倍。

這種微小黑洞的想法引起了天體物理學家斯蒂芬霍金的興趣,他探索了它們的量子力學特性,不過這項工作導致他在 1974 年發現黑洞可以隨著時間的推移而放棄。雖然霍金最終意識到一個大黑洞會在比宇宙迄今存在的時間更長的時間內蒸發掉,但小黑洞確實可能已經蒸發掉了,或者目前正在蒸發掉,這取決于它們的質量。霍金計算出,任何質量大于10^12 公斤(這遠小于太陽系中任何行星、矮行星以及大多數被命名的小行星和彗星的質量)的原始黑洞仍然可能存在今天,而那些質量較小的已經消失了。

根據它們的質量,科學家認為原始黑洞都可以巧妙地解釋天文學中的一些突出問題,包括暗物質。但后來暗物質理論的主流是認為它由弱相互作用的大質量粒子 (WIMPS) 組成,因此原始黑洞包含暗物質的觀點就過時了。

然而在 2016 年,人類第一次探測到引力波使得這個觀點重新煥發生機。

但是不管是我們對大爆炸的了解,還是激光干涉引力波天文臺 (LIGO) 探測黑洞碰撞產生的時空漣漪,還不足以得出 原始黑洞存在的確鑿證據,因此我們不能肯定地說它們存在。相反,我們需要找到一個!

一些科學家試圖找出原始黑洞并最終解開暗物質之謎,以至于產生了古怪的想法——臭名昭著的第 9 行星實際上是一個繞柯伊伯帶運行的原始黑洞。

月球上布滿了來自原始黑洞的隕石坑?

我們的月球就像一個時間膠囊。由于沒有構造板塊、大氣層或生物可以把東西弄亂,它的表面保存著可追溯到數十億年前的天體撞擊記錄,這意味著原始黑洞已經過去了足夠的時間來理論上撞擊月球。

美國伊利諾伊州立大學理論物理學家馬特·卡普蘭(Matt Caplan)在3年前問其同事亞林維奇(Almog Yalinewich)一個問題:「你能從隕石坑的形狀中看出它是由常規撞擊形成還是由一個致密的物體形成,比如黑洞?」

亞林維奇意識到差異在于當有東西落入物質時物質如何飛濺。如果我們將一個硬幣扔桌上的面粉時,灰塵顆粒會向上飛揚,然后落在硬幣的邊緣。隕石坑以同樣的方式工作——小行星撞擊月球形成一個小山,在撞擊點周圍逐漸變細,使形成的隕石坑具有典型的山谷狀外觀。

但原始黑洞不一樣。它不會吞噬月球,反而會直接穿過,而且在進入和退出時引起大規模爆炸,因為它會壓縮并加熱附近的月球物質。對于未經訓練的人來說,原始黑洞撞擊看起來就像是另一個隕石坑,但是仔細觀察,會有些不同。

小行星撞擊過程中巖石會發生變化,極端的熱量和壓力會產生一種稱為沖擊石英的物質,這種物質只有隕石撞擊(或核武器)才能產生。但是原始黑洞會在極高的溫度下產生如此巨大的壓力,以至于我們預計會看到更極端的沖擊石英版本,即使是最巨大的隕石撞擊也無法產生。

團隊計算出這些黑洞的大小在 10^17 到 10^23 克之間,會發射可探測的 X 射線波,或者它們會完全消失。這意味著從一開始就可能在月球上存在微型黑洞的地質證據,如果是這樣,它可以回答現代科學最基本的謎團之一。但這一切,需要重返月球才能確認。

據卡普蘭的說法,原始黑洞不僅僅撞擊月球,海王星和木星或水星地球都有可能曾遭到過撞擊。但早在人類出現之前,我們星球的大氣層就會保護它免受撞擊的沖擊,而地球表面的侵蝕很可能會清除可能發生碰撞的任何痕跡。

結語:

不得不說,這個理論有些「劍走偏鋒」。筆者敢打包票,即使人類殖民月球也無法解開暗物質之謎。暗物質、黑洞和大爆炸都是我們尚未完全了解的神秘事物,就我們當下的物理宇宙學理論,允許PBH存在并解釋暗物質,甚至可以解決其他問題,比如宇宙暴脹。

但這一切都是合理的自圓其說。即如果我們在月球撞擊創造者中沒有發現任何奇異的石英,也不會反駁原始黑洞與暗物質間的聯系。因為宇宙最深的奧秘可能很復雜,也可能很簡單。


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