黑洞是太空中最神秘的居民。 毕竟，无论我们多么努力，我们永远不会知道事件视界之外正在发生什么。 在这可怕的黑暗中，任何东西都无法逃脱，甚至连光子也无法逃脱。 几十年来，这些太空怪物被认为是假想的物体，证明它们存在的证据似乎是不可想象的。 暗物质也是如此，暗物质是一种假设的物质形式，无法被观测到，估计约占宇宙的 85%。 它的存在，就像很久以前的黑洞一样，可以通过这种物质对宇宙物体的强大引力效应来判断，将它们粘在一起。 暗物质和黑洞的神秘本质让科学家们相信宇宙中的这些居民是相互联系的，并且可以通过观察宇宙怪物来探测暗物质，这有什么奇怪的吗？
现代物理学的主要谜团之一是暗物质的本质。 但它与黑洞有什么关系呢？ 图片：d2r55xnwy6nx47.cloudfront.net
黑洞的结构
黑洞是宇宙中最神秘、最奇特的天体之一 由大质量恒星塌缩形成 并且具有如此强大的引力，甚至光也无法逃脱它们的边界。 黑洞结构的主要元素包括事件视界、奇点和吸积盘。 但首先要说的是。
事件视界 – 这是黑洞周围的边界，一旦超出该边界，从物质到光子的所有事物都会永远消失。 从本质上讲，事件视界是一种“不归点”——穿过它的一切都成为黑洞的一部分，无法再与外界相互作用。 事件视界的半径称为史瓦西半径，取决于黑洞的质量。
黑洞的事件视界是不归路。 图片：cdn.mos.cms.futurecdn.net
至于黑洞的中心，在这个地方有 奇点 – 物质密度和时空曲率变得无穷大的点。 我们所理解的物理定律在这里不再适用。 被黑洞吞噬的物质被压缩到无穷小的尺寸，产生巨大的引力。
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有趣的是，是什么让黑洞变得可观测 吸积盘，由气体和灰尘组成并绕其旋转。 由于摩擦力和重力，吸积盘中的材料被加热到极高的温度，发出电磁波谱各个波段的辐射，包括 X 射线。
射流、旋转和重力
一些黑洞，尤其是超大质量黑洞（那些在星系中心发现的黑洞） 可以抛出狭窄的物质射流，称为喷气机。 这些喷流沿着黑洞的自转轴喷射，可以延伸数千光年。 喷流由未被黑洞消耗的物质形成，而是沿着黑洞的磁场加速。
射流是从黑洞中心逸出的等离子射流，会周期性地改变其方向。 图片：d182hggomw8pjd.cloudfront.net
还有旋转式或 克尔黑洞，其事件视界和结构与非旋转事件显着不同。 这样的黑洞会产生“拖动”自身周围时空的效果。
黑洞对周围的时空有着强大的影响。 它们将其弯曲得如此之大，以至于导致了爱因斯坦广义相对论所预测的效应，例如引力透镜（黑洞周围的光的弯曲）和 时间膨胀 靠近事件视界。
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尽管黑洞在 2019 年已经从假设的物体转变为真实的物体，但它们仍然是深入研究的主题，因为它们提供了独特的机会来测试我们对引力、量子力学和宇宙结构的了解。
暗物质的本质
长期以来，物理学家一直在谈论暗物质，因为根据观测和现有数据，它应该存在。 此外，为了解释太空中的引力异常，暗物质在宇宙中的含量必须是普通可见物质的 5 倍左右——例如，在我们的星系中，暗物质的数量是普通物质的 15 倍。
研究人员通过暗物质对太空物体的引力作用来判断暗物质的存在。 图片：static.scientificamerican.com
然而问题是，暗物质就其本质而言，也是 几乎不可能被发现，因为除了重力之外，它与普通物质的相互作用非常弱。 尽管暗物质的本质仍然是个谜，但大多数研究人员认为这种假设的物质由未知的基本粒子组成。
不幸的是，尽管经过了数十年的努力，但没有一个实验发现可能导致暗物质的新粒子。 说话 来自波兰华沙大学天文台的 Przemek Mroz。
Mroz 是最近在期刊上发表的两篇论文的主要作者 自然 并附于 天体物理学杂志，它测试是否可以使用宇宙中另一类神秘的物体——黑洞来解释暗物质。
物理学家想了解暗物质和黑洞是如何联系的？ 图片：www.universetoday.com
回想一下，自 2015 年发现黑洞合并以来，已发现约 100 起黑洞合并事件。 这些黑洞通常比太阳重 20 到 100 倍，而之前在银河系中发现的黑洞质量通常只有 5 到 10 个太阳质量。 ”解释为什么这两个黑洞群体彼此如此不同是现代天文学中最大的谜团之一。«, – 它说 在文章中。
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如何探测暗物质？
为了回答这些问题和其他问题，研究人员提出，LIGO 和 Virgo 实验发现的较大黑洞是早期宇宙中形成的原始黑洞。 随着引力波探测器被用来探测新的黑洞，物理学家推测，这种原始黑洞可能占暗物质的很大一部分，即使不是全部。 而且，即使黑洞不发光，这个理论也可以得到检验。
爱因斯坦广义相对论的一个推论是，大质量物体可以使它们周围的光线弯曲。 这种效应称为 引力透镜效应。 当黑洞等大质量物体进入地球和星系等其他物体之间时，这些星系的尺寸会增大，亮度也会增加。
引起引力透镜效应的物体质量越大，其后面物体的亮度增加的时间就越长。 图片：spacegid.com
请注意，太阳大小的物体的透镜效应会持续数周。 但质量超过 100 个太阳质量的黑洞的引力透镜效应将持续数年。
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引力透镜可以帮助研究暗物质的想法是由波兰天体物理学家 Bogdan Paczynski 在 20 世纪 80 年代首次提出的。 实验 显示比太阳小的黑洞可能只占暗物质的不到 10%。 但这些早期实验对较长时间尺度的透镜效应并不敏感。
理论上的漏洞
现在，光学引力透镜实验 (OGLE) 的天文学家展示了 20 年来对附近大麦哲伦星云中 8000 万颗恒星进行观测的新结果。 如果银河系中的暗物质仅由黑洞组成，研究人员预计会看到 258 个微透镜事件。 相反，他们的结果仅显示 13。
该图显示了带有黄点的星系。 预期和观测到的大质量天体对大麦哲伦云的微透镜现象，通过银河系的光晕可见。 图片：phys.org
这表明大质量黑洞可能只占暗物质的百分之几。 准确地说，质量为10个太阳质量的黑洞所含的暗物质最多不能超过1.2%。 质量为100个太阳质量的黑洞占暗物质的3.0%，质量为1000个太阳质量的黑洞占暗物质的11%。 解释 霜。
该研究的结果表明，原始黑洞可能不占暗物质的很大一部分，同时解释了 LIGO 和 Virgo 测量到的黑洞合并率。 不管怎样，围绕暗物质的大部分构成的谜团仍未解开。
