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黑洞是宇宙中最迷人的天體。天文學(xué)家通過(guò)探測(cè)X射線(xiàn)和引力波，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多由恒星坍縮形成的恒星級(jí)黑洞，他們甚至還通過(guò)事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）拍攝到了位于星系中心的超大質(zhì)量黑洞的視覺(jué)證據(jù)。但在宇宙中，還有一類(lèi)假想的黑洞正廣泛地被全世界的天體物理學(xué)家研究，那就是原初黑洞（PBH）。

正如原初黑洞的名字所暗示的那樣，它們被認(rèn)為是在大爆炸后還不到一秒的時(shí)候產(chǎn)生的，也就是說(shuō)它們出現(xiàn)在相當(dāng)早期的宇宙中。

原初黑洞的神秘特性也讓一些天文學(xué)家將它們和另一種未知現(xiàn)象聯(lián)系在了一起，那就是在宇宙中的暗物質(zhì)。一些理論物理學(xué)家一直在探索這樣一種可能性：原初黑洞是否構(gòu)成了暗物質(zhì)。

一組研究人員最近開(kāi)展了理論研究，進(jìn)一步評(píng)估了最初成團(tuán)的原初黑洞可能是暗物質(zhì)候選體的假說(shuō)。在這項(xiàng)新發(fā)表于《物理學(xué)評(píng)論快報(bào)》上的研究中，他們提出了一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的論點(diǎn)，似乎已經(jīng)可以排除這種可能性。

  成團(tuán)的原初黑洞  

關(guān)于原初黑洞，理論物理學(xué)家一直想要探索的一個(gè)基本問(wèn)題是，它們是否對(duì)宇宙中的暗物質(zhì)豐度做出重大貢獻(xiàn)。對(duì)此，LIGO-Virgo-KAGRA合作組收集了大量的引力波觀(guān)測(cè)結(jié)果。從這些觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)所推算的約束條件來(lái)看，這種可能性非常小。

然而，近期一些研究發(fā)現(xiàn)，原初黑洞在形成時(shí)的成團(tuán)性，或者可以理解成它們的聚集程度，或許會(huì)通過(guò)一些相互作用改變它們的并合率，而這種變化有可能讓某些關(guān)鍵數(shù)值落入LIGO-Virgo-KAGRA觀(guān)測(cè)所設(shè)定的約束范圍內(nèi)，這就讓這種貢獻(xiàn)變得有可能。

成團(tuán)原初黑洞或許能產(chǎn)生一種特性。緊湊的原初黑洞會(huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的單一透鏡，它們能“躲避”現(xiàn)有的微引力透鏡的相關(guān)約束，無(wú)法被現(xiàn)有的任何微引力透鏡研究探測(cè)到。

這讓天文學(xué)家從而產(chǎn)生了一種想法，如果恒星質(zhì)量大小的原初黑洞在形成時(shí)是明顯聚集在一起的，擁有一種很強(qiáng)的初始成團(tuán)性，它們就可以避開(kāi)目前由微透鏡所設(shè)置的約束，也就有可能是暗物質(zhì)的主要成分。但這種說(shuō)法尚未被任何研究文獻(xiàn)證實(shí)。

  兩種約束  

受到這種說(shuō)法的影響，這項(xiàng)新的理論研究進(jìn)行了相關(guān)調(diào)查。在他們的分析中，團(tuán)隊(duì)將先前天文觀(guān)測(cè)所設(shè)定的微透鏡約束，與一種被稱(chēng)為萊曼α森林的數(shù)據(jù)相結(jié)合。

萊曼α森林是一種吸收現(xiàn)象，它可以用天文光譜學(xué)工具進(jìn)行觀(guān)測(cè)，在遙遠(yuǎn)的星系和類(lèi)星體的光譜中呈現(xiàn)為吸收線(xiàn)。這些吸收線(xiàn)已經(jīng)成了天體物理學(xué)中一種有力的探針，尤其是在調(diào)查宇宙中的密度漲落研究中格外有效。

在論文中，研究人員表明，萊曼α森林的數(shù)據(jù)說(shuō)明，為了規(guī)避現(xiàn)有的微透鏡約束，原初黑洞需要的是弱成團(tuán)，而非強(qiáng)成團(tuán)，這與普遍存在的理論觀(guān)點(diǎn)相矛盾。或者更直接地說(shuō)，由于兩種約束的存在，可以排除恒星質(zhì)量的原初黑洞在形成時(shí)的大空間成團(tuán)的情況。

因此，我們?cè)诶碚撋弦簿筒豢赡芡ㄟ^(guò)提高恒星質(zhì)量的原初黑洞的初始成團(tuán)性，規(guī)避掉現(xiàn)有的約束，使它成為暗物質(zhì)的候選體。

  更多謎團(tuán)  

如果原初黑洞質(zhì)量與恒星質(zhì)量相當(dāng)，這項(xiàng)分析已經(jīng)排除了原初黑洞是暗物質(zhì)的可能性。但在接下來(lái)的研究中，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步研究原初黑洞的作用，看看它們是否可以解釋其他有趣的天文觀(guān)測(cè)結(jié)果，比如高紅移星系的存在。