宇宙大爆炸后形成的原始黑洞，是否由暗物质构成？

原始黑洞(PBH)是在宇宙大爆炸后形成的天体，被许多研究人员认为是解释暗物质本质的主要候选者之一，尤其是在2016年处女座和LIGO探测器直接观测到引力波之后。现在发表在《物理评论快报》上这项研究的主要作者里卡多·穆尔贾(Riccardo Murgia)说：我们已经测试了一种场景，其中暗物质由原始宇宙中形成的非恒星黑洞组成。这项研究是与SISSA-国际高级研究学院和INFN-Istituto Nazionale di Fisica Nucleare的Giulio Scelfo和Matteo Viel以及CERN的Alvise Raccanelli一起进行。

欧洲核子研究中心（CERN）的Raccanelli说：原始黑洞目前仍然是假设的天体，但它们是在原始宇宙的一些模型中所设想。最初由史蒂芬·霍金于1971年提出，近年来它们又重新成为解释暗物质的可能候选者。人们相信暗物质约占宇宙中所有物质的80%，所以即使只解释其中的一小部分也是一项重大成就。寻找原始黑洞存在的证据，或排除它们的存在，也为我们提供了关于原始宇宙物理学的相当相关的信息。

宇宙森林和宇宙网

在这项研究中，科学家们专注于原始黑洞的丰度，这些原始黑洞质量是太阳的50倍。简而言之，研究人员试图通过分析极远类星体发出的光与宇宙网的相互作用，更好地描述与它们存在相关的几个参数(特别是质量和丰度)，宇宙网是由存在于整个宇宙中的气体和暗物质组成的长丝网络。在这种密集的编织中，学者们专注于所谓的莱曼-阿尔法森林，即光子与宇宙长丝中氢的相互作用，这种相互作用呈现出与暗物质基本性质密切相关的特征。
使用SISSA和ICTP尤利西斯超级计算机进行的模拟已经能够再现光子和氢之间的相互作用。这些模型已经与夏威夷凯克望远镜探测到的真实相互作用进行了比较。研究人员随后能够追踪原始黑洞的几种性质，以了解它们存在的影响。用计算机模拟了亚星系尺度上中性氢的分布，以远距离源光谱中吸收线的形式表现出来。将模拟结果与观察到的数据进行比较，有可能确定原始黑洞的质量和丰度界限，并确定这些候选者是否构成暗物质以及在何种程度上构成暗物质。
这项研究的结果似乎不利于这样一种情况，即所有的暗物质都是由某种类型的原始黑洞(质量大于太阳50倍的黑洞)组成，但它们并没有完全排除它们可能构成它的一小部分。研究开发了一种新方法，可以轻松有效地探索标准宇宙学模型的替代方案，根据该方案，暗物质将由弱相互作用的大质量粒子(WIMP)组成。这些结果对于构建新的理论模型和发展关于暗物质本质的新假设非常重要，为追踪理解宇宙最大奥秘之一的复杂路径提供了更精确指示。

博科园｜研究/来自：国际高等研究学院（SISSA）

参考期刊《物理评论快报》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.071102

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