原始黑洞和从多元宇宙中寻找暗物质

2022年1月6日整理发布：这种原始黑洞 (PBH) 可以解释全部或部分暗物质，负责一些观测到的引力波信号，以及在我们银河系和其他星系中心发现的超大质量黑洞的种子。当它们与中子星碰撞并摧毁它们，释放出富含中子的物质时，它们也可以在重元素的合成中发挥作用。特别是，占宇宙大部分物质的神秘暗物质有一种令人兴奋的可能性，即由原始黑洞组成。2020 年诺贝尔物理学奖授予理论家罗杰彭罗斯和两位天文学家莱因哈德根泽尔和安德烈盖兹，因为他们的发现证实了黑洞的存在。由于已知自然界中存在黑洞，因此​​它们是暗物质的一个非常有吸引力的候选者。

由粒子物理学家、宇宙学家和天文学家组成的国际团队，包括 Kavli IPMU 成员 Alexander Kusenko、Misao Sasaki、Sunao Sugiyama、Masahiro Takada 和 Volodymyr Takhistov，在寻找 PBH 的基础理论、天体物理学和天文观测方面取得了最新进展。

为了更多地了解原始黑洞，研究小组在早期宇宙中寻找线索。早期的宇宙密度如此之大，任何超过 50% 的正密度波动都会产生一个黑洞。然而，已知产生星系种子的宇宙学扰动要小得多。尽管如此，早期宇宙中的许多过程可能为黑洞的形成创造了合适的条件。

一个令人兴奋的可能性是，原始黑洞可能由暴胀期间创造的“婴儿宇宙”形成，暴胀时期被认为是导致我们今天观察到的结构(如星系和星系团)播种的原因。在暴胀期间，婴儿宇宙可以从我们的宇宙中分离出来。一个小的婴儿(或“女儿”)宇宙最终会崩溃，但小体积中释放的大量能量会导致黑洞形成。

一个更奇特的命运等待着一个更大的婴儿宇宙。如果它大于某个临界尺寸，爱因斯坦的万有引力理论允许婴儿宇宙以一种在内部和外部的观察者看来不同的状态存在。内部观察者将其视为一个膨胀的宇宙，而外部观察者(例如我们)则将其视为一个黑洞。在任何一种情况下，大宇宙和小婴儿宇宙都被我们视为原始黑洞，它们在“事件视界”后面隐藏了多个宇宙的底层结构。事件视界是一个边界，在它之下，一切，甚至光，都被困住，无法逃离黑洞。

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