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黑洞可能形成於宇宙的早期

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  加州大學洛杉磯分校的物理學家們提出了新的理論,闡述了宇宙中最初的黑洞是如何形成的,以及它們在金、鉑和鈾等重元素的產生過程中所起的作用。這些物理學家的兩篇論文被發表在《物理評論快報》上。

  在天體物理學中,一直存在這樣一個的問題:宇宙最初的黑洞是在宇宙大爆炸後幾秒就形成了,還是在最早的那些恆星的死亡期間(大爆炸幾百萬年後)形成的。

  加州大學洛杉磯分校物理學教授Alexander Kusenko與其研究生Eric Cotner,提出了一個簡單卻令人信服的新理論。他們認為:最初的黑洞可能形成宇宙大爆炸不久後,恆星開始閃耀之前。有天文學家曾說過,這些所謂的原始黑洞也許可以用來解釋宇宙中部分甚至全部的神秘暗物質,而且它們可能孕育了那些存在於星系中心的超大質量黑洞。同時,新的理論還認為原始黑洞可能有助於自然界中重元素的形成。

  研究人員認為,在宇宙大爆炸不久後,能量場先是均勻瀰漫於整個宇宙。在宇宙迅速膨脹之後,整個均勻的能量場分裂成團塊。然後,重力使得這些團塊互相吸引併合並在一起。接著,這些生長的團塊中的一小部分變得足夠緻密從而形成了黑洞。

  Kusenko表示,他們的假設是相當客觀的,不依賴於任何他所謂的 「不可能的巧合」(其它解釋原始黑洞的理論所要使用的「不可能的巧合」)。

  他們的論文表示,通過天文觀測法來尋找這些原始黑洞是有可能的。其中一種方法便是測量恆星亮度的微小變化,因為這種變化可能是由一個在地球與被觀測恆星之間的原始黑洞的引力作用造成的。今年早些時候,一群來自美國和日本的天文學家們就發表了一篇論文,表示他們在附近的星系發現了一顆恆星,它時而明亮時而暗淡,就像有一個原始黑洞在它與地球之間一樣。

  而在一個獨立的研究中,Kusenko、Volodymyr Takhistov(加州大學洛杉磯分校的博士後研究員)以及George Fuller(加州大學聖地亞哥分校的教授)認為:原始黑洞在金、銀、鉑和鈾等重元素的形成過程中可能起著重要作用。

  這些重元素的起源對研究人員來說一直是一個謎。「科學家們知道這些重元素的存在,但他們不知道這些元素是如何形成的。」Kusenko說道:「這真讓人感到難堪。」

  加州大學洛杉磯分校的研究表明,原始黑洞偶爾會與中子星(超新星爆發後留下的城市大小的旋轉殘骸)產生碰撞,並沉入中子星內部。Kusenko表示:當這種情況發生時,原始黑洞開始從內部消耗中子星,整個過程大約需要10000年。當中子星收縮時,它會旋轉得更快,最終導致一些小碎片脫落並飛走,而這些富含中子物質的碎片便可能是中子融合成更重的元素的場所。「然而,一個中子星捕捉黑洞的概率是相當低的。」Kusenko說道:「我們的理論與某些星系中重元素富集的觀測結果是一致的。」 同時,原始黑洞與中子星碰撞產生重元素的理論也解釋了天體物理學中長期存在的一個謎——為什麼在銀河系中心基本看不到中子星。

  這個冬天,Kusenko和他的同事們會與普林斯頓大學的科學家們合作,一起建立中子星與黑洞相互作用產生重元素的計算機模型。通過將這些模擬結果與附近星系中的重元素觀測結果進行比較,研究人員希望確定原始黑洞是否確實有助於自然界中重元素的形成。

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