黑洞和暗物质可能有着共同的起源

　　太空是神秘巨物的家园——黑洞的增长速度超过了科学家的预期。根据最近的一项研究，这些庞然大物的形成可能与另一个宇宙之谜——暗物质有着共同的根源。
　　天体物理学家知道，恒星的剧烈死亡可以形成黑洞，其质量通常高达太阳的数十倍。然而，纽约布鲁克海文国家实验室的理论粒子物理学家、上个月发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的这项研究的作者胡曼·达沃索尔(Hooman davoudal)说，天文学家已经看到了质量达数十亿太阳质量的黑洞。更重要的是，有证据表明，这些＂巨人＂从宇宙历史的第一个十亿年前就存在了。
　　尽管黑洞随着时间的推移通过吸收恒星或相互结合而增长，但科学家们不确定，一些最大的黑洞是如何在大约宇宙历史的前10%的时间内，吃掉足够多的恒星，从而达到它们的大小。
　　达沃索尔说，一种可能的解释是，这些黑洞是原始的，这意味着它们形成于早期宇宙，比第一批恒星出现的时间还要早。那时候，宇宙的温度要高得多，密度也大得多——大约是太阳核心的温度。
　　布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)的物理学家、该研究的另一位作者茱莉亚·格莱因(Julia Gehrlein)说，早期宇宙经历了一次快速变化是该小组理论的关键。
　　这种变化，他们称之为相变，使得早期宇宙中密度最大的区域更有可能坍缩成黑洞。这有点像我们在物质状态中看到的相变——例如，液态水变成气体，格莱因说。＂水在相变前后表现不同，＂她说，早期宇宙中的粒子也是如此。
　　达沃索尔说，这种转变将是一个＂混乱的、剧烈的事件＂，可能会产生引力波。
　　它可能发生在科学家所说的＂暗区＂，也就是说，在暗物质和其他我们无法直接观测到的粒子之间。暗区指的是＂我们所知道的标准模型粒子＂之外的任何东西，也就是构成原子的粒子，格莱因说。
　　原始黑洞是否会形成以及如何形成，在科学家中存在一定的争议。格莱因说，一个相变可能会让一些密集的宇宙口袋坍缩成原始的超大质量黑洞。其他研究小组已经研究了这种转变的含义，但这项研究是第一次以这种方式将超大质量黑洞和暗物质联系在一起。
　　＂我们可以把暗物质候选物质的质量和这些黑洞的质量联系起来，因为它们都依赖于发生转变时的温度，＂格莱因说。与太阳核心相同的温度正好符合超光暗物质形成和原始黑洞形成的理论。
　　与此同时，这种相变也可能导致超轻暗物质粒子的存在——这种粒子的质量仅为中微子质量的一小部分，而中微子是已知的最轻的粒子。
　　围绕着黑洞增长的谜团以及我们为什么有暗物质的原因可能是＂同一枚硬币的两面＂，达沃索尔说。如果＂这个事件，这个在那个温度下发生的相变，产生了这些超大质量黑洞，＂他说，它也会＂提供了恰好的成分＂来形成超轻暗物质粒子。
　　特大质量黑洞的形成和暗物质的性质＂都属于当代天文学和物理学中最紧迫的未决问题，＂维也纳大学的天文学家坦尼亚·伦德勒-达勒(Tanja Rindler-Daller)说，他没有参与这项研究。
　　＂任何能够令人信服地同时解释这两个问题的模型肯定是革命性的，＂伦德勒-达勒说，因为它在现实中是可行的。
　　格莱因说，研究人员可以通过两种主要方式来寻找证明或反驳该理论的迹象。他们可以通过研究粒子对星系天体物理学的影响，来试图弄清楚超轻暗物质是否存在。研究人员也有可能测量出宇宙早期产生的引力波。使用未来的探测器——与先进激光干涉仪引力波天文台(ligo)探测到的频率不同——研究人员可能会看到这些早期宇宙动荡时期的涟漪。