太阳质量黑洞的起源及与暗物质的联系

概念黑洞动画

黑洞的起源是什么?这个问题如何与另一个谜题,暗物质的本质联系在一起?暗物质构成了宇宙中的大部分物质,但它的性质仍然未知。

通过激光干涉仪重力波天文台的最近几年来确定合并黑洞的多重重力波检测(利奥),并将2017年诺贝尔物理学奖授予基普·索恩、巴里·巴里斯和雷纳·韦斯。2020年,安德莉亚·盖兹、莱茵哈德·根泽尔和罗杰·彭罗斯获得了诺贝尔物理学奖,以庆祝黑洞存在的最终证实。因此,理解黑洞的起源已成为物理学的中心问题。

令人惊讶的是,Ligo最近观察到了2.6太阳能质量黑洞候选人(事件GW190814,在Astrophysical journal journety 896(2020)2,l44中报告。假设这是一个黑洞,而不是异常大规模的中子星, 它从何而来?

太阳质量的黑洞特别有趣,因为它们不是传统恒星演化天体物理学所期望的。这样的黑洞可能产生于早期宇宙(原始黑洞),或者从现有的中子星“变形”而来。有些黑洞可能早在恒星和星系形成之前就已经在宇宙早期形成了。这些原始黑洞可以组成部分或全部暗物质。如果一颗中子星捕获了一个原始的黑洞,黑洞就会从内部吞噬中子星,把它变成一个太阳质量的黑洞。这个过程可以产生一群太阳质量的黑洞,无论原始黑洞有多小。其他形式的暗物质可以积聚在中子星内部,导致中子星最终塌缩成一个太阳质量的黑洞。

原始黑洞被中子星捕获

图1. [左]由中子星捕获的微小原始黑洞,随后吞噬并留下后面的“透射”太阳能黑洞残余物。[右]由于延迟或快速超新月形成的中子恒星之后,形成的“透射”太阳能黑洞的预期质量分布。Ligo GW190814还显示了2.6太阳能黑洞候选者的事件。信用:Takhistov et。al。

发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的一项新研究提出了一项研究太阳质量黑洞起源的决定性试验。这项工作是由卡夫宇宙的物理与数学研究所(Kavli IPMU)的利益之上Takhistov和国际团队包括乔治·m·富勒特聘教授物理学和天体物理学和空间科学中心主任,加州大学圣地亚哥分校以及亚历山大Kusenko、物理学和天文学教授,加州大学洛杉矶和卡夫IPMU来访的资深科学家。

在研究讨论(见图1)时,“透射”太阳能黑洞留在暗物质(微小原始黑洞或粒子暗物质积累)应遵循原始宿主中子的质量分布星星。由于中子星质量分布预计在1.5左右的太阳能块左右,因此较重的太阳能黑洞不太可能起源于与中子恒星相互作用的暗物质。这表明这种事件作为利加罗检测到的候选者,如果他们确实构成了黑洞,可能是从早期宇宙中的原始起源,从而大大影响我们对天文学的理解。未来的观察将使用该测试来调查和识别黑洞的起源。

以前(见富勒,Kusenko,Takhistov,物理评论信119(2017)6,061101),同样的国际研究团队还表明,小型原始黑洞的中子恒星的破坏可导致丰富的观察签名和可以help us understand such long-standing astronomical puzzles as the origin of heavy elements (e.g. gold and uranium) and the 511 keV gamma-ray excess observed from the center of our Galaxy.

参考:Volodymyr Takhistov,George M.Fulter和Alexander Kusenko,2月16日2021年2月16日,参考:“太阳能大规模黑洞的起源”,物理评论快报
DOI:10.1103 / physrevlett.126.071101

1条评论关于“太阳能黑洞的起源和与暗物质的连接”

  1. 这很重要,但看起来…

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