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▲艺术家描绘的黑洞。
近日，发表在《物理评论快报》上的一项新研究概述了科学家们如何利用引力波实验检验原生黑洞的存在。原生黑洞是宇宙大爆炸之后不久形成的重力井，一些科学家猜想也许可以据此解释暗物质的存在。
“人们熟知黑洞起源于大型恒星的崩塌，最近还发现两个中子星结合可形成黑洞。但也有人假设，早在恒星形成以前的宇宙中就已存在黑洞。这就是我们研究的目标。”布朗大学助理教授萨瓦斯·科夏帕斯（Savvas Koushiappas）说到。他与哈弗大学的阿维·罗伊布（Avi Loeb）是这项研究的共同作者。
上述假说由史蒂芬·霍金等人于1970年代最先提出，他们认为极端物质密度还有宇宙大爆炸的强大能量挤压，最终形成了“原生黑洞”。但因其从未被探测到，无法确定这类黑洞是否真实存在。
最近，LIGO观测台对引力波的成功探测为该假说带来了新希望。引力波实验能探测到那些在巨大星系事件——比如两个黑洞的合并——过程中产生的时空涟漪。LIGO已经探测到过数次黑洞合并事件，今后的实验还将能探测到更早发生的事件。
科夏帕斯说，“引力波实验将能够观察宇宙中第一颗恒星产生以前的情形。如果我们观察到在恒星出现之前就有过黑洞合并，就证明这些黑洞并非起源于恒星。”
天文学家用“红移量”来测量天文事件的回溯时间。时间越久远，红移量越大。 研究者计算出，假设黑洞起源于恒星，当红移值为40时（约为宇宙大爆炸后的6500万年）应可以探测到黑洞合并现象以每年不超过一次的频率发生。当红移量大于40（即更久远的时间）时，则应完全没有黑洞合并发生。
引力波实验将可探测到红移量为40左右的情况。若探测到此前发生过黑洞合并，将意味着两个重大发现：要么存在原生黑洞，要么宇宙早期演进方式不同于今天的标准天文学模式。
举例说明，一些人提出大部分宇宙物质是由暗物质组成的，且暗物质由MACHO（晕族大质量致密天体，缩写为MACHO）构成，并以黑洞的形式存在。如果原生黑洞能被探测到，则支持上述观点，反之则质疑之。
另外，标准的天文学认为，宇宙早期物质的波动符合高斯随机变量的概率分布理论。若黑洞合并产生的红移值大于40，则意味着物质波动偏离了高斯分布理论，那将需要全新的物理学才能解释。
不论上述哪种情况的意义都极为重大。
参考文献：Savvas M. Koushiappas, Abraham Loeb. Maximum Redshift of Gravitational Wave Merger Events. Physical Review Letters, 2017; 119 (22) DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.221104
科界原创
编译：浮云 编辑：张梦 程建兰
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