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速讯：引力微子，黑洞的种子，这是真的吗？

来源：科普中国

原始黑洞真的是巨大的引力微子吗？

（事件视界望远镜是一个由八台地面射电望远镜组成的行星尺度阵列，它捕捉到了M87星系中心超大质量黑洞及其阴影的图像。）


(资料图片)

（图源：EHT协作）

天文学家不知道宇宙中最大的黑洞的起源，这些黑洞在宇宙学记录中出现得如此之早，以至于我们可能不得不引用新的物理知识来解释它们的出现。

新的研究提出了一个有趣的起源故事：第一个黑洞并不是来自恒星，而是来自一群超级奇异、超出假想的粒子，它们被称为引力微子，得以幸存在大爆炸的第一个混乱年代。

宇宙有黑洞，然后才有大黑洞。宇宙中最大的黑洞，被恰当地命名为“超大质量黑洞”（SMBHs），位于宇宙中几乎每个星系的中心。甚至银河系也有一个，一个400万太阳质量的怪物，被命名为人马座A*。

有一点夸张

现代宇宙中的巨大黑洞是一个真正令人惊叹的景象，但在过去的十年中，天文学家们发现了在恒星和星系诞生之初就存在的超大质量黑洞，当时的宇宙还没有10亿岁。

这很奇怪，因为据我们所知，形成黑洞的唯一途径是大质量恒星的死亡。当它们死后，会留下一个比太阳大几倍的黑洞。为了达到超巨星的程度，它们必须与其他黑洞合并或消耗尽可能多的气体，从而使数百万太阳质量膨胀。

这需要时间，很多时间。

在早期的宇宙中，恒星本身需要数亿年才有第一次露面。据我们所知，与第一代恒星和星系一起形成的是超大质量黑洞。但似乎没有足够的时间让这些超大质量黑洞通过寻常的恒星死亡途径形成，所以出现了一些可疑的情况。

要么我们不了解黑洞生长的天体物理学的基本原理（这是完全可能的），要么第一个巨大的黑洞实际上是在更早、更原始的时代所形成的。但为了实现这一点，创造这些可能的第一个黑洞的物理学必须惊奇一些。

引力的伙伴

有多奇怪？好吧，太奇怪了，它远远超出了目前已知物理学的界限。万幸的是，理论物理学家每天都在努力工作，以超越目前已知的物理学界限。一个这样的例子被称为超对称理论，这是物理学家试图解释粒子世界的内部如何运作以及预测新粒子的存在的一种尝试。

在超对称理论中，标准模型的每一个粒子（这是我们目前对亚原子领域的最佳理解）都与一个同伴配对。这种配对的原因是在描述自然的数学中发现的基本对称性。但是这种对称性被打破了（通过一些复杂机制的方法作用），所以超对称的伙伴粒子不会简单地在世界上漂浮，也不会在我们的粒子对撞机实验中隆重登场。

相反，由于对称性的破坏，伙伴粒子被迫具有难以置信的质量，如此高水平的质量以至于它们只能出现在宇宙中能量最高的反应中。到目前为止，我们还没有在对撞机实验中发现任何超对称伙伴粒子的证据，但我们仍在寻找它。

当研究继续进行时，理论学家们会花时间摆弄研究各种模型和超对称理论的可能性。在一种观点中，有一种粒子叫做引力微子。引力微子是引力子的超对称伙伴粒子，它本身就是承载重力的假想粒子。

如果你开始担心这一切听起来有点过于理想，那没关系。引力微子的存在是高度推测性的，并不是基于任何现有的证据。但是，正如我们很快看到的那样，一些引力微子模型赋予了它们一些非常特殊的性质，使它们成为形成黑洞的种子。

参与挑战

如果你想在早期的宇宙中制造黑洞，你必须通过一些挑战。早在第一批恒星和星系出现之前，我们的宇宙就被辐射所主宰：高能的光线充斥着宇宙，对物质指手画脚，告诉每种物质该做什么。

如果你想在那个辐射主导的时期创造一些随机的黑洞，你必须迅速一点。因为我们宇宙中的那个时代非常混乱，一旦你形成了黑洞，你就必须让它们活着。黑洞在被称为霍金辐射的量子力学过程中逐渐衰弱，而小黑洞（例如，通过某种奇怪的亚原子过程形成的黑洞）会在它们获得良好的机会之前迅速消失，更不用说得到超大质量了。

填充重力，或至少一个假设粒子的观点。根据最近发表在预印本期刊arXiv上的一篇研究文章，早期的高能宇宙可能正好具备了用引力微子填充宇宙的条件。由于它们的独特性质（最显著的是，它们能够快速引力吸引对方），它们可以快速形成微观黑洞。

随着时间的推移，在早期宇宙中，黑洞可能会变得足够大，以至于它们可以在屈服于霍金蒸发之前尽情享受周围的辐射。一旦辐射被清除，它们可能足够大，可以通过正常的天体物理过程继续收集物质，为第一个超大质量黑洞提供种子。

这是一个很长的观点，但当涉及到早期宇宙时，这是我们所拥有的最好的看法。

BY:Paul Sutter

FY: Raywannabethelight

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