美科学家构建初生黑洞和恒星相撞模型

本报讯据美国物理学家组织网9月19日报道，美国普林斯顿大学和纽约大学研发出一种新的计算工具，以可视化方式模拟了初生黑洞通过一颗恒星的效果。利用该模型，科学家能深入了解难以捉摸的黑洞。他们的论文发表在本月出版的《物理评论快报》上。
　　
　　科学家认为，宇宙的绝大部分由暗物质构成，初生黑洞是构成暗物质的假设物质之一。但黑洞迄今尚未被直接观察到。如果初生黑洞是暗物质的来源，而银河系中的恒星约有1000亿颗，黑洞与恒星的互相碰撞不可避免。但初生黑洞不像较大黑洞，它不会“吞噬”恒星，当它通过恒星时，只会在恒星表面造成明显的震动。通过探测恒星与黑洞相撞，能为暗物质提供观测证据，有助于天文学者进一步理解宇宙的内部运作规律。
　　
　　普林斯顿地理科学系博士后研究员斯拉文·汉纳索杰和纽约大学宇宙学与粒子物理学中心的迈克尔·科斯顿以太阳为模型，推算初生黑洞对恒星表面造成的影响，以及初生黑洞的质量和它通过太阳的可能轨迹。美国国家航空航天局(NASA)的蒂姆·山斯托姆则将推算结果制成了两个模拟视频，一个显示了初生黑洞穿过太阳内部时其表面的振动，另外一个视频显示了黑洞擦过太阳表面的情景。
　　
　　当初生黑洞的运行路径穿过恒星时，它的万有引力会挤压恒星；当黑洞穿过后，它在恒星表面造成的波纹会迅速复位。科斯顿解释说：“就像你戳一个水球，会看到内部的水形成波纹，这和恒星表面的现象很相似。观察恒星表面的运动，也能推测出其内部的情况。如果一个黑洞通过，就能看到它(恒星)表面的颤动。”
　　
　　“人们已知初生黑洞通过恒星会造成影响，而这是第一次我们用数字精确推算出了这一幕。”约翰·霍普金斯大学物理与天文学教授马克·卡敏科斯基说，该研究可作为探测初生黑洞的整合工具，并结合了现有太阳观测技术的优势，提供了一种周全而精确的方法。
　　
　　研究另一个重要意义是，它缩小了现有探测方法和黑洞质量限制之间的鸿沟。目前人们对黑洞的研究很大程度上受制于质量，有些质量太小无法包括在黑洞范围里，而有些太大会打乱整个星系。按照目前的方法，初生黑洞根据以前直接观测到的霍金辐射和光线弯曲来设定，但只有那些处在蒸发中的黑洞且其质量小于10的17次方克时，才能观察到霍金辐射；质量大于10的26次方克时，才能使光线弯曲。科斯顿说，初生黑洞质量在其空缺部分，约占10亿分之一，这好比研究一个未知的目标，其重量在一便士硬币和一辆矿用卸货车之间。
　　
　　新方法修正并建立了更专门的质量范围，以定位一个初生黑洞。在他们的模拟中，初生黑洞质量大于10的21次方克，约为一个小行星的质量，其穿过恒星时在恒星表面产生了明显的效果。
　　
　　研究人员还指出，银河系中每年约发生1万次这样的可探测事件。现在我们知道初生黑洞能在恒星上面产生可探测的振动，当一个初生黑洞无害地滑过银河系千亿恒星时，观察到它们的机会也大大增加。
　　
　　来源：科技日报