卡維裡宇宙物理與數學研究所(Kavli IPMU)領導的一組研究人員已經排除了暗物質可能由一毫米大小的原始黑洞構成的理論。
1974年,物理學家斯蒂芬·霍金描述了原始黑洞是如何在大爆炸後的幾分之一秒內形成的。原始黑洞的品質從一個小點到10萬倍太陽都有。相比之下,通過天文觀測發現的超大品質黑洞至少在數十萬年後才開始形成,其體積是太陽的數百萬倍甚至數十億倍。由於任何大小的原始黑洞都沒有被探測到,它們已經成為難以捉摸的暗物質的一個有趣的候選者。
就我們目前所知,重子物質只佔宇宙中所有物質的5%。剩下的要麼是暗物質(27%),要麼是暗能量(68%),兩者都還沒有被物理探測到。但研究人員相信暗物質的存在,因為我們可以看到它對宇宙的影響。如果沒有暗物質的引力,我們銀河系中的恆星就會分崩離析。
為了尋找黑洞,研究小組使用了引力透鏡效應。引力透鏡最初是由阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)解釋的,他說,由於恆星和地球之間的一個巨大物體的引力作用,一個遙遠物體(如恆星)的影象有可能被扭曲。這個巨大物體的引力就像一個放大鏡,可以彎曲恆星的光線,使其在地球上的人類觀察者看來更亮或更扭曲。
因為恆星、黑洞和地球都在不斷地在星際空間中移動,當恆星穿過引力透鏡時,對地球上的觀察者來說,它會逐漸變亮,然後變暗。因此,研究人員拍攝了整個仙女座星系的190張連續影象,這多虧了位於夏威夷的速霸陸望遠鏡上的超級suprim - cam相機。如果暗物質是由原始黑洞構成,在這種情況下,比月球還輕的黑洞,研究人員預計會發現1000個引力微透鏡事件。
他們通過假設整個星系暈中的暗物質是由原始黑洞構成的,並考慮到仙女座星系中可能受到原始黑洞影響的恆星數量,最後考慮到他們的裝置捕獲引力微透鏡事件的機會,來計算這一估計。
望遠鏡拍攝了9000萬顆恆星。研究小組花了兩年時間從資料中過濾掉所有的噪聲和非引力透鏡事件。最後,他們只能識別出一顆亮後變暗的恆星,這表明可能存在一個原始黑洞,這也意味著它們不太可能構成所有暗物質。
儘管如此,關於原始黑洞還有很多東西需要學習。研究人員只是對特定品質的理論進行了駁斥:品質與月球相似或小於月球的黑洞。之前的研究已經排除了其他物質,或者他們能在多大程度上解釋暗物質。但仍有可能存在大小不一的原始黑洞。團隊開發的分析方法可以用於未來的原始黑洞研究,包括試圖確定美國鐳射干涉引力波天文臺(LIGO)發現的黑洞是否真的是原始的。