03.03 為什麼暗物質不會是黑洞呢?

林文泉


暗物質當然不能理解為黑洞,黑洞的吸積盤還是可見的,黑洞內部是一個奇點,密度無限大,顯然暗物質是無法形成這樣的效果。暗物質只有引力左右,而黑洞可不僅僅是引力,黑洞也有輻射,因此暗物質無法單獨構成黑洞。

暗物質的屬性目前只歸納出以下幾條:暗物質參加引力相互作用,也就是說暗物質是有質量的;暗物質應該是高度穩定的,因為在宇宙各個形成的階段都找到暗物質存在的證據,所以暗物質至少在宇宙年齡的尺度上是穩定存在的;暗物質基本不參加電磁相互作用,與光子的相互作用也非常弱,因此無法通過捕捉其發出的電磁輻射來對其進行觀測;暗物質也不參加強相互作用,否則會干擾原初核合成;

暗物質的運動速度應遠低於光速。因為無法通過常規手段對暗物質進行觀測,目前對暗物質的研究方法有以下幾種,探測暗物質粒子與探測器中物質發生的的相互作用,探測暗物質自身衰變或湮滅產生普通物質的信號,或者嘗試用粒子對撞機嘗試製造人造暗物質。而黑洞是可以捕捉到其發出的信號的,當熾熱氣體流進黑洞視界時會發出X射線輻射,此外還可以觀測到黑洞附近的超光速噴流。

因此,雖然人類看不見黑洞,這一點黑洞和暗物質是相同的,但黑洞除了對周圍天體的引力作用外還能產生電磁效應,這是暗物質與黑洞不同的地方,而且黑洞可以將附近的物體吞噬,進入黑洞的物體都無法逃出其視界,而暗物質無法做到這一點。


深空電報


基於目前的科學認知,是可以完全排除暗物質是黑洞這一認知的。@火星一號 @量子貓 和其它的幾個回答都從各個方面介紹了關於黑洞和暗物質的相關知識。這裡我舉兩個例子說明為什麼暗物質不可能也不應該是黑洞,雖然它們都“黑”都“暗”,常規來講都應該(直接)看不到,但我們有的是間接的手段,比如它們都有“引力”作用。


銀河系中心(超大質量)黑洞的測量


之所以在小節標題上加上“超大質量”四個字,是因為現今的天文觀測基本上確定了兩類不同的黑洞,它們在觀測上的主要區別在於就是“質量”,當然它們的形成過程也不同。


第一種是恆星級別黑洞,質量比太陽重幾倍到幾十倍,主要由大質量恆星在演化到晚年時塌縮形成。一般來說,讀者通常最為了解、談論最多就是這種恆星級別的小黑洞。


第二種就是“超大質量”黑洞,它們要大得多,質量至少也是太陽質量的幾十萬倍,特別大的會達到幾百億倍的太陽質量。這類黑洞通常位於星系的中心,一般有星系中心較小(但其質量也遠超恆星級別黑洞)的黑洞通過不斷吸積周圍的物質,逐漸長大成為超大質量黑洞。在星系中心黑洞活動期間,星系核心有大量的能量輸出,達到或超過整個星系的亮度,這個階段我們把星系的核心稱為“活動星系核”,特別亮的被稱為“類星體”。


在天文學上,天文學家發展了各種方法和統計獲得各種經驗公式能夠估計星系中心超大質量黑洞的測量,並有很高的測量精度。但我們以更直觀的方法說說銀河系中心黑洞的性質。因為銀河系的中心——銀心特別近,我們太陽系就處於銀河系中的其中一個懸臂上。使用大口徑(比如10m級別的Keck)的光學望遠鏡進行長時間觀測,可以精確在銀心運轉的一批恆星的運動軌跡,一些特定恆星圍繞銀心的運動情況可以參看下面UCLA Galactic Center Group製作的視頻。


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南極觀星人


暗物質分兩種:1重子暗物質,指黑洞和不可探測的宇宙塵埃等。2非重子暗物質.就是我們常說的暗物質。

黑洞是有體積重量的實在天體,而暗物質按現今說法,是分佈在星系之中,沒人能想象出到底是東西。兩者間沒有可通之處。

至於暗能量嗎,現今說法是起排斥作用的,與黑洞就更沒什麼關係了。


倚天劍


暗物質和黑洞應該是兩碼事,雖然它們的叫法中包含著近義詞“暗”和“黑”。如果暗物質是黑洞的話,考慮到銀河系中暗物質的質量總和是普通物質的5倍,這意味著銀河系中將會遍佈黑洞,其數量將會比恆星總數還多。從目前的理論來看,黑洞的前身是大質量恆星,但銀河系中能夠演化為黑洞的大質量恆星的比例只有3%左右,這就無法解釋銀河系中為什麼會有這麼多的黑洞。

另一方面,黑洞會與銀河系中的星雲等物質產生相互作用,釋放出強烈的X射線、γ射線等電磁輻射,這種效應十分明顯,很容易被探測到。此外,如果銀河系中存在的大量黑洞,那麼,我們太陽系附近就很有可能潛伏著黑洞,這勢必會影響到我們,並造成可觀測的效應。然而實際上,我們在銀河系中找到的黑洞數量很少。

雖然黑洞與暗物質都無法用電磁波手段直接觀測到,但這兩者還是有很大的區別,黑洞不發光是因為緻密的質量體彎曲了空間,而暗物質看不見可能是由組成它們的粒子的性質所決定的。天文學家之所以推測暗物質存在於星系中,是因為他們發現,星系中的恆星繞轉速度並沒有隨著與中心距離的增加而下降,這意味著星系中還存在大量看不見的物質在提供引力作用。此外,星系團產生的引力透鏡效應也能表明暗物質的存在。

有關暗物質的組成粒子還不清楚,有一種推測是大質量弱相互作用粒子(WIMP),它們基本上不與重子物質產生電磁作用。目前,我國的悟空號暗物質粒子探測器正在太空中搜尋這些神秘的粒子。


火星一號


因為質量和密度小的原因

  • 宇宙中物質絕大部分都是暗物質和暗能量,佔據了95%的質量,而暗物質是普通屋子的五倍,它們不會輻射或者吸收光線,但是引力會使它們相互作用。看上去很有可能形成黑洞,畢竟它被命名為“暗物質”嘛,而黑洞又剛剛好是宇宙中最黑暗的物質形式。

這裡暗物質既不能形成黑洞,它也不能產生暗物質星體,行星或者暗原子。它只能通過引力相互作用,沒有其它普通物質的力,所以暗物質可能被其它大質量物質所吸引。

而黑洞是通過普通物質坍縮而形成的,質量是極度集中的物體。暗物質則不是這樣的

它非常瀰漫,所以意味著它不能坍縮成黑洞。

這就是為什麼宇宙中可能有大量暗物質,而不能高度集中在一起的原因。


量子貓


物質世界真是很奇妙、很真彩、很深涵、很函接、很規律、是人類永遠意想不到的、想不盡的無限……。

暗物質粒子可以說是前緣的物質變化的微粒子過程中的表示為“本性”的一種比較穩定的屬性。

黑洞是宇宙中的時空區域中的物質變化過程的吸納聚變演化物質再進步的一次的創新星系演變過程的基礎。黑洞的產生是千變萬化的過程屬性存在有原始物質和後續現成存在的物質變化一系列等等的因素……。星系的擴張經歷了多少次的黑洞產生和所屬範圍的大爆炸過程的週期性。也可以說黑洞是所屬的物質運動的潛在能量……。

兩者是二回事問題。


適物


人類除了大腦,從體能上來說是一種低級的動物,人有五感,你不能說看不見摸不到的物質就是不存在的物質,在宇宙中實實在在存在的卻不能被人類直接感知到的物質就是暗物質,暗物質是宇宙組成的重要部分,它佔據了宇宙95%的質量。黑洞是另一個概念,黑洞連接著反物質世界,正反物質如同正數負數一樣,黑洞是正反世界的臨界點,沒有人能到達那裡,這也是它的神秘所在。


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