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2019-04-01追尋暗物質的真相 原始黑洞理論出局 448 期

Author 作者 編輯部
【本刊訊】宇宙之中總是充斥著各種人們難以想像的物質與特性,其中最令人印象深刻且難以捉摸的,便是暗物質(dark matter)。根據宇宙學家推測,暗物質占全宇宙中所有物質的比例約85%。而宇宙之所以能夠維持穩定的狀態,也得歸功於暗物質本身強大的重力牽引,舉例而言,如果沒有暗物質,各星系之間將有可能相互遠離或靠近碰撞。
 
但暗物質的本質到底是什麼?這項疑問在經過數年的研究與努力,包括利用粒子加速器等實驗設備,如歐洲核子研究組織(CERN)設置位於法國及瑞士邊境的大型強子對撞機(Large Hadron Collider, LHC),始終無法找出答案。於是有物理學家將目光轉向已故物理巨擘霍金(Stephen Hawking)於1974年所提出的理論。這是一項關於原始黑洞(primordial black holes)的理論,霍金當時的猜測是,或許暗物質是由這些黑洞所組成。而近日由凱維里理論物理研究所(Kavli Institute for Theoretical Physics)組成的國際共同研究團隊經過完整的推敲與驗證,發布於《自然天文學》(Nature Astronomy)的研究指出,原始黑洞也不是組成暗物質的關鍵。
研究團隊利用重力透鏡效應尋找地球與仙女座星系之間的原始黑洞。重力透鏡的原理來自於黑洞之類的巨大質量星體所產生的重力作用,因強大的重力效應會導致恆星所發出的光線出現偏折彎曲現象,其效果如同透鏡,使照射的光線路徑改變。而重力透鏡會讓觀測者所觀測的恆星亮度變得更高。但重力透鏡效應的發生非常罕見,因此為了捕捉此效應,研究團隊於夏威夷地區利用高解析的望遠鏡拍攝仙女座星系的完整圖像,並從中尋找是否有此效應的產生。
 
研究人員表示,如果暗物質真的是由原始黑洞所構成,其質量將會比月球更輕,且預計會發現約1000個案例。但實際的狀況是,研究團隊只發現1個案例。根據研究團隊的計算分析,原始黑洞對於暗物質的質量貢獻不到0.1%,因此這項理論終究無法找出暗物質的真相。
 
研究團隊後續計畫將進一步對仙女座星系進行分析,研究一項全新理論,先前由雷射干涉重力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO)發現的雙黑洞(binary black hole)是否為原始黑洞。
 
新聞來源
Hiroko Niikura et al., Microlensing constraints on primordial black holes with Subaru/HSC Andromeda observations, Nature Astronomy, 2019.