自作用暗物质产生种子黑洞吗?

2022-02-26 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:289 /
内容摘要:
天体物理观测表明,当宇宙在大爆炸后只有8亿岁时(只有现在年龄的6%),超大质量黑洞就存在了。这些致密物体的起源仍然是个谜;尤其令人费解的是,它们怎么会在如此短的宇宙时间间隔内变得如此巨大。来自加州大学河滨分校和芝加哥大学卡弗利宇宙物理研究所的三位理论物理学家提出了一个场景,在这个......

天体物理观测表明,当宇宙在大爆炸后只有8亿岁时(只有现在年龄的6%),超大质量黑洞就存在了。这些致密物体的起源仍然是个谜;尤其令人费解的是,它们怎么会在如此短的宇宙时间间隔内变得如此巨大。来自加州大学河滨分校和芝加哥大学卡弗利宇宙物理研究所的三位理论物理学家提出了一个场景,在这个场景中,一个自相互作用的暗物质晕经历了不稳定性,其中心区域坍缩成一个种子黑洞。

An artist’s impression of a black hole. Image credit: Sci-News.com / Zdeněk Bardon / ESO.

艺术家对黑洞的印象。影像学分:Sci-News.com/兹登克·巴登/埃索。

在天体物理学中,用来解释超大质量黑洞的一种流行机制是早期宇宙原星系中原始气体的坍缩。

“然而,这种机制不能产生足够大的种子黑洞来容纳新观察到的超大质量黑洞& # 8212;除非种子黑洞经历了极快的增长速度,”加州大学河滨分校物理和天文学系的天文学家于海波博士说。

“我们的工作提供了另一种解释:一个自相互作用的暗物质晕经历了地热能不稳定性,其中心区域坍缩成一个种子黑洞。”

芝加哥大学卡弗利宇宙物理研究所的博士后研究员钟义明博士补充说:“黑洞通过吸积周围物质而变得巨大需要时间。

“我们的论文表明,如果暗物质具有自我相互作用,那么光环的地热能坍缩可以导致一个足够大的种子黑洞。其增长率将更符合普遍预期。”

研究人员提出的解释是这样工作的:暗物质粒子首先在重力的影响下聚集在一起,形成暗物质晕。

在光环的演变过程中,两股相互竞争的力量& # 8212;重力和压力& # 8212;操作。

重力将暗物质粒子向内拉,压力将它们向外推。

如果暗物质粒子没有自我相互作用,那么,当引力将它们拉向中心光晕时,它们会变得更热,也就是说,它们移动得更快,压力有效增加,然后它们会反弹回来。

然而,在自相互作用暗物质的情况下,暗物质的自相互作用可以将热量从那些较热的粒子传递到附近较冷的粒子。这使得暗物质粒子很难反弹回来。

“中心光环会坍缩成一个黑洞,它有角动量,也就是说,它在旋转,”于博士说。

这种相互作用会导致粘性或摩擦,从而耗散角动量。

在坍缩过程中,具有固定质量的中心晕由于粘性而收缩半径并减慢旋转。

随着进化的继续,中心光环最终坍缩成一个奇异的状态:一个种子黑洞。

这颗种子可以通过增加周围的重子而长得更大。或可见& # 8212;气体和恒星等物质。

“我们的方案的优势在于,种子黑洞的质量可以很高,因为它是由暗物质晕坍缩产生的。因此,它可以在相对较短的时间内成长为一个超大质量黑洞,”于博士说。

该团队的假设是新颖的,因为作者确定了重子对这一想法的重要性。

加州大学河滨分校物理与天文系的研究生冯伟祥说:“首先,我们证明了重子的存在,比如气体和恒星,可以显著加快光晕地热能坍缩的开始,种子黑洞可以足够早地产生。

"其次,我们证明了自相互作用可以诱导粘性,消散中心晕的角动量残余."

“第三,我们开发了一种方法来检验引发坍缩晕的广义相对论不稳定性的条件,这确保了如果条件满足,种子黑洞可以形成。”

该团队的论文发表在《天体物理学杂志快报》上。

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冯伟祥等. 2021。用自作用暗物质播种超大质量黑洞:重子的统一场景。ApJL 914,L26doi: 10.3847/2041-8213/ac04b0


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