大爆炸之前的“弹跳”宇宙：黑洞和暗物质的秘密
BALI @ 2024.09.03 , 07:05 上午一项新的研究暗示，大爆炸之前的宇宙可能有一段秘密的过往。
根据“弹跳”宇宙学理论，大爆炸可能并非宇宙的起点。这一理论认为，宇宙可以在收缩和扩张阶段之间“弹跳”。如果该理论成立，它将对宇宙的本质产生深远影响，包括对宇宙中两个最神秘的组成部分——黑洞和暗物质——的理解。
基于此，一项最新研究提出，暗物质可能是由宇宙在最后一次收缩阶段到目前扩张阶段过渡期间形成的黑洞组成的，这一过程发生在大爆炸之前。如果这个假设成立，那么在黑洞形成过程中产生的引力波可能会被未来的引力波观测台检测到，从而提供一种验证这种暗物质生成场景的方法。
对星系中恒星运动和宇宙微波背景——大爆炸余辉——的观测表明，宇宙中约80%的物质是暗物质，这种物质不反射、不吸收也不发射光。尽管它如此普遍，科学家们仍未能确定暗物质的构成。
在这项新研究中，研究人员探讨了一种假设，认为暗物质由原初黑洞组成，这些黑洞是宇宙最后一次收缩阶段中的密度波动形成的，时间接近我们现在观察到的扩张阶段。他们在6月份的《宇宙学与天体粒子物理学杂志》上发表了他们的研究成果。
弹跳的宇宙
传统的宇宙学观认为，宇宙起源于一个奇点，随后经历了一个称为“暴胀”的极短时间内极为快速的膨胀阶段。然而，这项新研究的作者分析了一种更为奇特的理论，称为“非奇点物质弹跳宇宙学”，该理论认为宇宙首先经历了一个收缩阶段。这个阶段以物质密度的增加而告终，随后宇宙反弹，导致了大爆炸和我们今天观察到的加速膨胀。
在这种弹跳宇宙学中，宇宙收缩到大约比现在小50个数量级的大小。在反弹之后，光子和其他粒子诞生，标志着大爆炸的发生。在接近反弹的过程中，物质密度极高，导致了由量子波动形成的小型黑洞，使它们成为暗物质的有力候选者。
法国国家科学研究中心(CNRS)研究主任Patrick Peter表示：“在宇宙的早期阶段，可以产生小型原初黑洞，如果它们不太小，由于霍金辐射(黑洞由于量子效应而发射粒子的一种假设现象)导致的衰减不足以使它们消失，那么它们现在仍然会存在。它们可能重约一个小行星的质量，可以构成暗物质，甚至完全解决这个问题。”
科学家的计算表明，这种宇宙模型的性质，如空间的曲率和微波背景，符合当前的观测结果，支持了他们的假设。
为了进一步验证他们的预测，研究人员希望利用下一代引力波观测台。科学家计算了他们模型中黑洞形成过程中产生的引力波的性质，发现这些波可能会被即将到来的引力观测设备如激光干涉空间天线(LISA)和爱因斯坦望远镜检测到。这些检测可能证实原初黑洞确实是暗物质；然而，可能需要十多年时间才能看到这些设施的首次光照。
Peter说：“这项研究的重要性在于，它提供了一种自然方式来形成仍然存在的小型黑洞，构成暗物质，而这种框架并不是基于暴胀的通常理论。目前，其他研究正在探讨这些微小黑洞在恒星周围的行为，可能为未来检测它们提供途径。”
本文译自 Live Science，由 BALI 编辑发布。