黑洞 暗物質 光子，看宇宙七十二變

簡介：新發現是否會推翻我們對黑洞的現有認知？

（黑洞由暗物質組成，光子可以逃脫引力，由此形成宇宙兩大物質。了解黑洞，或許，能如霍金所說，黑洞是可以穿越的）。

新的研究表明，黑洞其實是太空中最有趣的物體之一，我們對它的認知存在誤解。

黑洞 索菲亞 · 達尼洛/國家無線電天文台/連接單元接口/美國國家科學基金會/美國宇航局

關於黑洞起源論始於阿爾伯特·愛因斯坦，他在工作中提出了廣義相對論，發展至今，從世界範圍內影響人們對物理學認知的最重要成果之一。通俗地講，它預測了太空中的區域引力場強烈到扭曲了宇宙的結構，在那裏物質或輻射都無法逃逸。

這些區域被稱為黑洞，黑洞周圍逃逸速度超過光速的閾值稱為事件視界。

此外，有人認為，在事件視界內，是黑洞奇點的所在。研究表明，這是造成黑洞的物體質量無限密集坍縮的範圍。奇點周圍的時空結構從理論上解釋，可以無限度地彎曲，因此我們固有的物理定律就此被打破。

1再見 奇點？

然而，一些研究人員認為奇點實際上是不可能的，他們提出，物質不可能坍縮到一個無限小的點。為了論證，一些物理學家提出了無奇點黑洞論，稱為“暗星”。這些物體看起來可能是黑洞，但暗星的核心不是無限密集的核心，而是一個被壓縮到盡可能小的尺度的物質核心，被稱為“普朗克核”（以極其微小的普朗克長度命名，其測量單位為10^-35米，大約比質子小100萬億倍）。

新南威爾士大學的研究人員Joe Wolfe擴展說：“假設一個概念，讓我們把它與一個原子的大小進行比較，這個原子已經比用肉眼看到的物體小約10 0000倍（原子大小約為0、00 0000 0001米）。如果以普朗克長度測量一個原子的直徑，並計算出每秒一個普朗克長度。以普朗克長度測量原子直徑將花費目前宇宙年齡的1000 0000倍。”

毋庸置疑，普朗克長度非常小，但不是無限小。因此，這些“暗星”可能沒有奇點，因此像光一類的微粒子有可能逃脫引力，並以可量化的方式延伸：我們將能夠觀察到它的紅移（當光線的波長移到紅色時）。

時下，一篇新的研究論文為我們理解暗星如何運行提供了更多的信息。

暗物質的起源是？

黑洞素材來源：JPL加州理工學院/美國宇航局

撇開方程中的奇點，我們得到了一個具有奇異原理的“黑洞”或“暗星”。碰巧，一些物理學家認為暗星可以發射一種奇異物質，也許是我們尚未發現的一種新的無質量粒子，或者它們可以解釋的：這種物質占我們宇宙質量的85%以上，無光化學反應，因此，它的起源和存在仍然是物理學家們未來研究的一個謎。

物理學家發現暗物質的存在是因為他們觀察到恒星圍繞星系旋轉的速度遠遠超過了他們所能觀察到的物質量。然而，大量證據表明它的存在，是物理學中最大的難題之一。

物理學家提出了幾種論點。有一種假說打趣道：暗物質是由“處於不尋常狀態”的已知粒子組成的。可以想象，暗物質可能是由光子等粒子組成的，這些粒子被紅移到了現代技術無法檢測到的波長。

弗勞恩霍夫科學算法和計算研究所的德國物理學家伊戈爾·尼基廷（Igor Nikitin）最近在預發表官網上的一篇論文中說，“這是一個非常大的波長，大約4光日（相對於一光年），是太陽—冥王星距離的16倍。”盡管這些光子的能量非常小，但足夠豐富，為我們解釋了恒星有時會以如此不尋常的方式圍繞星系運行的規律。

期待解開另一個謎團？

尼基廷認為，這也可以解釋快速射電爆發（FRB）的奧秘。科學家們已經探測到數百次這樣的射電能量爆發，它們在任何地方的脈沖頻率從幾分之一毫秒到幾毫秒不等，並在一毫秒內釋放出與太陽在三天內釋放的能量一樣多的能量。關於FRBs的起源有很多理論。一些理論認為，它們是在黑洞碰撞或高磁化中子星快速旋轉時產生的。有些人甚至將其歸咎於外星人。

尼特金認為，如果一顆小行星之類的物體落入普朗克核心，“可能會釋放出一股高能光波。這顆暗星強大的引力會使光線紅移，從而產生一種在地球上可以探測到的明顯FRB。”

有趣的是，科學家們發現了一種持續重複的快速無線電爆發。被稱為FRB 180916，它顯示每16.35天精確地跳動一次。位於距離地球約5億光年的地方，前沿理論認為它是一顆繞其軸線擺動的磁星。

FRB 180916在這張來自雙子座北方望遠鏡的圖像中以綠色圓圈標記。來源：國家科學基金會（NSF）的光學紅外天文研究實驗室/雙子座天文台/奧拉

“研究表明，這樣的磁星會因其內部磁場而變形，導致其在旋轉時擺動，繞其旋轉軸進動。當這顆超級活躍的恒星釋放磁耀斑時，我們只能周期性地看到這些爆發，因為恒星運動將它們帶進或帶出我們的視野。”

暗星項目研究團隊對快速射電爆發有另一種解釋：如果一個物體被暗星吞噬，它會引起一場強大的光和能量爆發，然後光線會紅移，一旦光線消失，它就會顯示為一個快速射電爆發，能量波在宇宙中穿越5億光年，並最終到達地球。

當然，要證實暗星的存在，還有很多研究要做。天文學家還指出，宇宙早期歷史中可能存在一種不同類型的暗星，也解釋了暗物質的存在。多個理論背後的關於暗物質和暗恒星存在，搜尋之路尤其漫長而困難重重。

BY: Jaime Trosper

FY: 多瑞果

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