原始黑洞是宇宙暗物质最有力的候选者之一。在这种情况下，它们的丰度足以让每十年至少有一个物体穿过内太阳系。麻省理工学院物理学家团队表示，这样的飞越会给火星轨道带来摆动，其程度是当今技术实际上可以检测到的。
特兰等人。认为小行星质量的原始黑洞的丰度可以通过现有和近期的数据来探测。图片来源：Sci.News / Zdeněk Bardon / ESO。
暗物质是一种假想的物质形式，它在整个电磁波谱中不可见，但被认为遍布宇宙并施加足够大的引力来影响恒星和星系的运动。
物理学家在地球上架设了探测器，试图发现暗物质并确定其特性。在大多数情况下，这些实验假设暗物质以一种奇异粒子的形式存在，当它通过给定的实验时，它可能会散射并衰变成可观测的粒子。但到目前为止，这种基于粒子的搜索却一无所获。
近年来，在 20 世纪 70 年代首次提出的另一种可能性重新受到关注：暗物质不是以粒子形式存在，而是可能以微观的原始黑洞的形式存在，这些黑洞是在大爆炸后的最初时刻形成的。
与由老恒星坍塌形成的天体物理黑洞不同，太初黑洞可能是由早期宇宙中致密气体团的坍缩形成的，并且随着宇宙的膨胀和冷却而散布在整个宇宙中。
这些原始黑洞会将大量质量塌陷到一个狭小的空间中。
这些原始黑洞中的大多数可能小到单个原子，重到最大的小行星。
那么可以想象，这样的小巨星可以施加一种引力，可以解释至少一部分暗物质。
在这项研究中，麻省理工学院的研究人员对太阳系进行了相对简单的模拟，其中包含了所有行星以及一些最大卫星之间的轨道和引力相互作用。
“最先进的太阳系模拟包括超过一百万个物体，每个物体都有微小的残留效应，”该论文的合著者本杰明·莱曼博士说。学习发表在期刊上物理评论D.
“但即使在仔细的模拟中对两打物体进行建模，我们也可以看到我们可以深入研究的真实效果。”
研究小组根据估计存在于给定空间区域的暗物质数量和经过的黑洞的质量，计算出了原始黑洞穿过太阳系的速度，在这种情况下，他们假设黑洞的质量与太阳系中最大的小行星一样大，这与其他天体物理限制一致。
“原始黑洞并不存在于太阳系中。相反，它们在宇宙中流动，做着自己的事情，”该研究的合著者萨拉·盖勒博士说。
“很可能，它们每十年左右就会以某种角度穿过内太阳系一次。”
考虑到这个速率，研究人员模拟了各种小行星质量黑洞从不同角度以每秒约 241 公里（150 英里）的速度飞过太阳系。
他们将注意力集中在那些看似近距离接触的飞越，或者对周围物体造成某种影响的情况。
他们很快发现，地球或月球上的任何影响都太不确定，无法归因于特定的黑洞。但火星似乎提供了一幅更清晰的图景。
作者发现，如果一个原始黑洞在距火星几亿公里的范围内经过，这次相遇会引起火星轨道的摆动或轻微偏差。
在这样的相遇后的几年内，火星的轨道应该会移动大约一米——考虑到这颗行星距离地球超过 2.25 亿公里（1.4 亿英里），这是一个令人难以置信的小摆动。
然而，这种摆动可以被当今监测火星的各种高精度仪器检测到。
如果在未来几十年内检测到这种摆动，科学家们承认仍然需要做很多工作来确认推力来自一个经过的黑洞而不是普通的小行星。
该研究的资深作者、麻省理工学院教授戴维·凯泽（David Kaiser）表示：“我们需要尽可能清晰地了解预期的背景，例如钻探太空岩石与这些原始黑洞的典型速度和分布。”
“对我们来说幸运的是，天文学家几十年来一直在跟踪普通的太空岩石，因为它们飞过我们的太阳系，因此我们可以计算它们轨迹的典型特性，并开始将它们与原始黑洞应该遵循的非常不同类型的路径和速度进行比较。”
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陈同祥等人。 2024. 原始类型的近距离接触：原始黑洞作为暗物质的新可观测值。物理。修订版D110（6）：063533； doi: 10.1103/PhysRevD.110.063533
本文基于麻省理工学院的新闻稿。
