电脑模拟黑洞形成 发现神秘震动波(图)

2011-09-29 20:22

黑洞产生震动波(网络图片)

据国外媒体报道，纽约大学的研究人员通过模拟早期宇宙中太初黑洞在穿过一颗恒星时，所产生的各种时空效应，从而对暗物质的组成进行理论上的假设。图中形象地显示了当一个太初黑洞在穿过一颗恒星核心区域的过程中，所产生的振动波的情形。不同的颜色的区域对应太初黑洞的密度分布以及其所产生振动效应的强弱程度。在银河系中大约存在着千亿颗恒星，如此大的样本前提下，科学家认为可观察到相当数量的该现象。相关的研究结果已经发表在本月初的《物理评论快报》期刊上。

这项新的研究是通过观察发生于恒星表面的波状涟漪，来间接发现惊人难以捉摸的暗物质存在证据。根据参与该项研究的科学家称：当我们在实验模型中设定一个太初黑洞穿过一颗恒星的中央核结构时，其所产生的振动就可以反映出关于暗物质的信息。这些振动不仅携带了暗物质的信息，同时也会在恒星表面上发生涟漪效应，观察发生于恒星表面的异常活动正式本项研究的关键之处。暗物质对于宇宙学家而言，被认为是构成了宇宙中超过80%的物质，而且至今在天体物理学界从未直接探测到暗物质的存在。

我们对暗物质进行研究，这个过程中所得出的任何结果都使我们对宇宙早期物质的了解产生深远的影响。在寻找暗物质的发现历程中，宇宙学家认为：我们目前所看到的宇宙，即能被人类通过各种手段观测到物质，比如星系、恒星、星团等等仅仅是宇宙中总物质含量的4%，其也被科学家称为“宇宙中正常的物质”，而剩下的即是所谓的“不正常亦或不寻常的物质”，这些奇怪的物质就是与宇宙暗能量和暗物质存在重大关系。

虽然暗物质被认为是宇宙的主宰，在一定程度上说，其是统治着整个宇宙，我们所能看见的宇宙中的物质仅仅是沧海一粟。但是，探测暗物质并不是通过正常的观测手段，由于暗物质不与电磁力发生相互作用，所以用传统的电磁波天文观测无法发现其存在，只能间接地通过引力效应来推断其存在。研究人员认为：这项新的研究可以帮助科学家更好地了解暗物质到底是什么，我们已经知道其统治着宇宙，却还不知道它到底是什么。

科学家通过模拟在早期宇宙中出现的太初黑洞穿过一颗恒星时，研究这个过程终究会发生什么情况。太初黑洞在宇宙学中被认为存在于大爆炸发生后密度较高的时期，也就是处于宇宙加速膨胀的早期阶段。我们目前知道，今天的宇宙诞生于137亿年之前的一次大爆炸。因此，暗物质是如何产生的，以及在宇宙演化过程中哪个阶段出现的，都是科学家需要了解的问题。参与本次实验的研究人员认为：对于实验中出现结果还有待于进一步的观察，这些奇怪的宇宙结构可能是暗物质的来源之一。

由于太初黑洞比目前宇宙恐怖的黑洞要小很多，其体积甚至比原子核还要小，因此不会将整个恒星吞噬掉，自然也不会把光也掩没了。与此相反，由于太初黑洞体积太小，与恒星发生碰撞等接触时，会导致恒星表面上出现明显的振动现象。然而，暗物质与恒星发生接触是一种怎样的场景呢？美国纽约大学研究人员迈克尔科斯登（Michael Kesden）认为：你可以想象一个巨大的水球，然后尝试着将其戳出一个小洞，这时候里面流出的水形成的波状流动就类似于恒星表面出现的情况。迈克尔科斯登同时也是该研究论文的主要作者。

通过观察恒星表面出现异常运动，我们就可以弄清楚在恒星内部正在发生着什么情况。同理，如果一个太初黑洞穿过一颗恒星中央核结构，我们就可以通过观察其表面的振动来了解恒星内部的相互作用。现在，对于本次研究的科学家而言，可能仅仅只是一个时间的问题。研究人员模拟一个太初黑洞具有多大体积，才可以使得其与恒星发生接触时造成恒星表面出现明显振动波纹。结果发现，当质量达到一个典型的小行星水平时，才可符合这个要求。如果仅仅是一个真正意义上的太初黑洞，科学家认为能够在一些离散分布的点上发现异常情况。

研究人员迈克尔科斯登同时也指出：我们现在已经知道太初黑洞可以在恒星表面产生可检测到的振动现象，我们现在尝试着观察在比太阳更大的恒星上会出现何种情况。仅仅是银河系中的恒星就有一千亿颗的数量级，在这么大的基础样本前提下，如果我们知道银河系中哪儿会发生这类现象，每年估计可以看到一万个左右此类的事件。