暗物质可能是由黑洞组成的吗？科学家已排除大部分质量

　　我们宇宙的80质量对我们来说是完全不可见的，它的存在只能通过其巨大的引力影响来揭示。这就是暗物质，它是宇宙中最令人困惑的谜团之一。这些年来，大多数物理学家都在尝试假设或检测奇异的新粒子来解释这些东西。而另一些人正试图在爱因斯坦的引力理论中找漏洞，这可能无需实际物质就可以解释暗物质的影响。
　　但是有一种解释可能不需要任何新的物理学，如果暗物质只是黑洞呢？时空结构中的这些高密度洞似乎是暗物质候选者。正如我们之前多次讨论过的，黑洞是引力场非常强的区域，甚至连光都无法逃脱。黑洞真实存在的证据现在非常令人信服，我们知道黑洞实际上是真实存在的这一事实似乎有利于它们作为暗物质的解释，这比我们对任何其他暗物质粒子候选者的说法都要好。
　　那么这需要什么才能成为现实呢？暗物质约占宇宙质量的80，但它比普通物质分散得多。例如，在我们的银河系中，它形成了一个巨大的光晕，直径大约是银河系螺旋盘的两倍。因此，要使黑洞成为暗物质，它们需要足够丰富以构成所有这些质量，并且它们需要与暗物质相同的方式分布。换句话说，物理宇宙需要是巨大的黑洞群，它们的质量之和比宇宙中所有原子的质量之和要高出四倍。这些是黑洞作为暗物质的不可缺少的东西。
　　剩下的主要变量是单个黑洞的质量：我们可以通过大量大质量黑洞或许多更小的黑洞获得所需的暗物质质量。当然，一段时间以来，我们一直在努力寻找黑洞暗物质的证据，任何给定的研究都对特定范围的黑洞质量敏感。如果一项研究在该范围内没有发现足够多的黑洞，那么该质量范围就被排除为暗物质的主要贡献者。排除恒星黑洞
　　在我们开始消除特定的黑洞质量之前，让我们先排除一整类黑洞。我们将从唯一可靠的天体物理学来源死星中排除黑洞。我们知道黑洞是从质量最大的恒星的剩余核心形成的，通过估计在宇宙历史中形成和死亡的恒星数量，我们可以很好地估计这些黑洞的最大可能数量。
　　当我们眺望远方时，我们实际上是在回顾过去，因此我们可以从理论上看到早期宇宙中发生的恒星形成。我们还可以看到超新星爆炸的产物与其说是这些爆炸产生的黑洞，不如说是这些恒星在垂死挣扎时在核心中形成的重元素。恒星形成的历史和重元素的丰度告诉我们，在任何地方都没有足够多的超新星可以为我们提供足够的黑洞来构成所有暗物质。此外，如果暗物质是在恒星死亡时产生的，我们会预计它的影响会随着时间的推移而增加。原始黑洞
　　宇宙微波背景中的密度波动告诉我们，暗物质的引力在第一颗恒星形成之前很久就将物质拉到一起。因此，如果暗物质是由黑洞构成的，那么这些黑洞一定从一开始就与我们同在。幸运的是，对于我们的假设，我们有理由认为在很早的宇宙中可能已经形成了大量的黑洞，我们称这些原始黑洞。我们之前已经讨论过它们，让我们更深入地研究原始黑洞是否可以解释暗物质的问题。
　　有几种方式可以形成原始黑洞，但最主流的机制是它们因密度波动而坍缩。我们知道早期宇宙中有些区域的物质比其他区域多一些我们在大爆炸后大约38万年的宇宙微波背景中看到了这一点。这些波动在早期会更加强烈，而且可能足够强大，以至于其中最大的一个会坍缩成黑洞。
　　现在这些黑洞应该都是以相同的质量形成的，但这个质量取决于早期宇宙状态的细节，可以是从一粒盐到数万个太阳的任何质量。正因为如此，要真正证伪原始黑洞为暗物质的假说，我们需要排除整个质量范围。排除原始黑洞质量
　　宇宙中最大的黑洞的质量是太阳质量的数百万到数十亿倍，我们基本上在所有星系的中心都看到了这些超大质量黑洞。暗物质不能由这些超大质量黑洞构成，因为它们往往很快就会落到它们的星系中心，与我们观察到的不符。在另一端，我们有十亿吨以下或一座小山质量左右的黑洞，我们也可以排除这些，因为现在所有这些黑洞都被霍金辐射蒸发掉。
　　我们也可以排除比这大一点的黑洞。为了使暗物质由质量与较大的小行星相当的黑洞组成，我们需要数量非常多的黑洞才能组成我们需要的所有暗物质，它们的数量是宇宙中恒星数量的十亿到数十亿倍。即使这些黑洞会有微观的事件视界，但在那些疯狂的丰富度下，它们会在各种情况下造成绝对的破坏。例如，他们会定期刺穿白矮星和中子星。一个原始的微型黑洞会直接穿过白矮星，它会沉积足够的热量，让恒星的超致密碳和氧发生核聚变。就像打火柴一样，这会引发灾难性的连锁反应，发生1A型超新星爆炸。但是我们观察到的1A型超新星太少了。
　　接下来，让我们看看更大质量的黑洞是否符合标准。在这一点上，微引力透镜成为暗物质猎人的首选方法。微透镜不一定能告诉你透镜物体是黑洞还是其他一些暗致密物质。广义上，我们将这种暗物质候选者称为MACHO。在我们的银河系中寻找MACHO的最佳方法是监测银河系凸起或邻近星系中的恒星，看看它们是否因微透镜效应而发生亮度波动。
　　澳大利亚斯特罗姆洛山上的一台专用望远镜在整个九十年代率先开展了这项工作。第一个MACHO微透镜事件被检测到，但还不足以解释暗物质。从那以后，进一步的调查确实确定了这些限制。麦哲伦星云对此特别有利，这些迷你星系中恒星的低水平微透镜使我们能够排除在大约月球质量到太阳质量10倍之间的MACHO作为暗物质的主要贡献者。到目前为止，我们大多排除了围绕太阳质量或更低质量的黑洞作为暗物质的解释。
　　更大的黑洞很棘手，因为需要更少的黑洞来构成暗物质的质量，这意味着它们不太可能通过微透镜研究被发现。一种测试方法是观察矮星系，这些星系是如此的小而密集，以至于即使是几十个太阳质量的黑洞现在也应该已经流到了中心，并在此过程中将质量较小的恒星抛入了更高的轨道。
　　对矮星系结构的研究告诉我们，不超过4的暗物质可能是几十到几千个太阳质量的黑洞。整个银河系中松散结合的双星系统的存在给我们带来了类似的限制如果有很多质量是太阳质量几十倍的黑洞，那么这些双星早就被近距离接触撕裂了。
　　我们已经排除了大部分黑洞是暗物质的主要来源，剩下的几个狭窄的窗口，只是我们的研究不太敏感的窗口，坦率地说，所有暗物质都被挤进我们还没有正确观察到的点是不太可能的，所以暗物质可能不是黑洞。