漫画 | 出道最早的黑洞,只比宇宙诞生晚了几秒钟!
我们知道,在宇宙的深处,散布着各种各样的黑洞。这些黑洞有的大,有的小,可以按照体重分成几类。
有一种黑洞,重量通常是太阳的5~15倍。
这种黑洞是大型恒星死亡后,直接坍缩成的。自打从“娘胎”里出来,它就没怎么吃过东西,所以从生物学上讲,它是婴儿肥。
除此之外,还有一种黑洞,重量能达到太阳的100~10万倍。它肥的原因是……
其实,没管住嘴也曾经是一个婴儿肥。
如果一个婴儿肥黑洞的周围恰好存在很多气体、很多恒星、或者很多其他婴儿肥,它的嘴巴就会失去控制:吃完辣条吃烤鸡,吃完厨师吃服务员,吃完南京路吃外滩,在100多亿年中,从一个小屁孩,吃成一个大胖团。
总而言之,天上的黑洞,一部分是婴儿肥,一部分是没管住嘴。天文学家虽然查不到它们的户口本,但是对它们的来历还是比较有把握的。
可是,2016年2月11日,LIGO实验宣布,他们通过引力波信号,探测到了两个黑洞合并。
天文学家发现,这俩黑洞既不属于婴儿肥,也不属于没管住嘴。因为其中一个黑洞的质量是太阳的36倍,另一个是太阳的29倍,合并成连体黑洞后的质量是太阳的62倍。
于是,天文学家开始好奇它们是从哪儿来的!
你可能会问,
它们为什么不属于婴儿肥呢?
在婴儿肥看来,由于恒星的质量不可能太大,所以,恒星死后形成的黑洞的质量也不可能太大。由此推断,这俩黑洞显然不是恒星形成的。
那么,
为什么它们也不属于没管住嘴?
于是,引力波成功探测,给天文学家出了一个难题:
这俩黑洞到底是咋形成的呢?
那么,是不是完全没有办法解释这两个黑洞的来历呢?倒也不是!
除了婴儿肥和没管住嘴之外,天文学家还有一种理论。这种理论认为,在宇宙大爆炸刚刚发生的时候,也就宇宙刚诞生不到1分钟的时候,许多原始物质就已经坍缩成黑洞了。
这种黑洞叫原初黑洞,意思是出道早。
但是,原初黑洞的理论有两个致命的bug!第一,也就是最致命的一点,原初黑洞的产生概率很低。
第二,根据计算,这种原初黑洞质量的分布范围非常大。最小的黑洞比人的卵细胞还要轻,最大的比太阳还要重几千倍。
你看看,原初黑洞产生的概率很低,质量又可大可小,你要说刚好产生了两个质量是太阳30倍的黑洞,而且还睡一张床,打死天文学家也不信。
于是,原初黑洞仍然是一个令天文学家头疼的问题。
2018年,中国科学技术大学的蔡一夫团队,在《物理评论快报》上发表了一篇论文,提出了一种能够批量形成原初黑洞的新机制!
他们假设,在早期宇宙中,物质相互挤压时产生的“声波”的速度很不稳定,会发生周期性的振荡。在“声速”振荡的作用下,物质本身的振荡就会发生共振,从而相互叠加,产生大量原初黑洞。这就可以大大提高原初黑洞产生的概率。于是,这个假设就解决了原初黑洞理论的第一个bug!
用蔡一夫教授的话来说,早期宇宙的原始物质就像一锅热粥,原初黑洞就像热粥里撒上了一把黑芝麻。
并且,由于物质的振荡会和声速的振荡发生共振,原初黑洞的质量不会忽大忽小,而是集中在几个狭窄的范围中。这就解决了原初黑洞理论的第二个bug!
于是,蔡一夫团队的研究,用一个代价很小的假设,解决了原初黑洞产生比率和质量范围的问题。他们的假设如果得到证实,就可能帮助产生引力波的那两个黑洞,搞清楚自己的身世!
注:本文转载自公众号"墨子沙龙"