暗物質之謎即將揭開？人類能否掀起宇宙的神秘面紗
計算機模擬的黑洞圖
你是否知道目前宇宙對於人類而言，最大的謎題之一就是暗物質。它們無法被觀測到，卻因為其巨大的數量和質量產生的引力而被天文學家發現，宇宙中大約有80%的物質是我們無法觀測的「暗物質」。
然而，除了引力之外，暗物質幾乎與任何其他可見物質有相互作用，無論是恆星、行星、塵埃、原子、亞原子、科學儀器、以及所有的其他的非暗物質，都找不到和暗物質相互作用的痕迹。
而現在，這個困擾了人類近百年之久的宇宙之謎，也許在明年之內，會有一個非常大的突破！
NASA的宇宙學家Alexander Kashlinsky說，最近引力波的發現有助於進一步探索暗物質的秘密。他認為，碰撞產生引力波的黑洞尺寸並不是很出奇，有可能是宇宙大爆炸那一瞬就形成的一部分物質。因此，這也意味著構成宇宙大部分物質的暗物質根本不是外來粒子，可能只是一個遍布無數黑洞的地獄。
如果Kashlinsky的預測是正確的，那就是說，在宇宙形成之初，在第一顆恆星誕生的數百萬年以前，全宇宙已經有差不多五分之四的物質被黑洞吞噬了。而在我們四周，瀰漫著從遠古時期就存在的暗物質，「暗中操縱」著所有可見的「普通」物質。
神秘黑暗的起源
被稱為Abell 1689的巨型星系團
加州理工學院的天文學家Fritz Zwicky，在1933年首次提出了暗物質的概念。
Zwicky試圖測定后髮星系團的運動，其距離地球月22億光年，由數十億顆恆星組成。為了測定星系團的運動，Zwicky測量了整個星系團的亮度變化和星系移動速度。
利用加州理工專門為他建造的天文望遠鏡，Zwicky測量了這些星系的平均速度，並通過愛因斯坦的相對論計算出星系團的質量，最後拿這些數據來比對觀察到的星系團亮度。
然後Zwicky傻眼了，他發現整個星系團太暗了，以至於無法說明星系的運動，同時計算出來的星系團質量又遠超所有恆星只和。最終Zwicky認為有無數無法觀測的「暗物質」潛伏在星系團之間，這才能讓他的觀察和計算數據得到合理的解釋。
從那以後，天文學家從很多觀測中都發現的暗物質的引力影響，在宇宙每個角落都充斥著暗物質，在暗中影響著天體的運動。
目前，關於暗物質有兩種主流的解釋，但其中必然只有一個是正確的。
暈內大質量高密度天體 vs. 弱相互作用重離子
藝術家製作的黑洞效果圖
黑洞很快就成了暗物質最重要的研究對象。畢竟黑洞不發光、擁有巨大的質量和密度，幾乎是不可見又具有巨大引力的最完美結論。而根據Zwicky等天文學家的測算，它們可能是環繞隱藏在星系外圍，因此科學家稱其為「暈內大質量高密度天體」（MACHOs）。
科學家認為MACHOs是宇宙大爆炸一瞬間形成的，是大爆炸產生的超熱能量冷卻形成的第一批亞原子物質（這些物質最終形成了原子、氣體、星體等等）。
這些原始的黑洞充斥著整個空間，然後開始形成第一顆恆星，第一個星系，直到數百萬年之後行星產生。這些黑洞默默地影響這宇宙的運行，要知道，每一顆明亮的恆星背後，都有相當於四顆恆星質量的物質被黑洞吞噬鎖定。
他們也會在最深、最古老的宇宙圖像上留下一個印記，稱為宇宙背景輻射。這種輻射是大爆炸後400000年微弱的能量餘輝留下的，當亞原子粒子最後冷卻，冷凝成原子。
但是MACHOs的理論很快就引起了爭議。
「關於暗物質就是很多黑洞的假說已經有很長時間了。」西北大學的天文學家Vicky Kalogera說道，「如果這是真的，那我們應該在宇宙微波背景中看到很明顯的印記，但是並沒有。」（宇宙微波背景，The cosmic microwave background，CMB，是早期宇宙最著名的輻射標識）
引力透鏡或「愛因斯坦環「。藍色光環其實是一個紅色星系背後的星系，時空扭曲和光彎曲之後看起來像一個鏡頭。
研究人員還在尋找原始黑洞扭曲空間彎曲光形成的小引力透鏡，「微透鏡」。我們已經發現很多引力透鏡，如上圖所示，但「微透鏡」一直沒有找到，即原始黑洞在一個明亮星系之前形成的引力透鏡至今沒有發現。
所以近年來，比較流行的觀點認為暗物質可能是由弱相互作用重粒子（WIMPs）組成的，WIMPs被認為是一種幽靈粒子（中微子），有極大的質量，卻能穿過幾乎所有「普通」物質，所以很難被觀測到。
科學家們伸頭查看一台超低溫暗物質探測器
但現在WIMPs的研究面臨著不小的問題。很多實驗室都採用超低溫探測器在地底深處尋找暗物質，但經過幾年的探索，至今一無所獲。Kashlinsky在email中寫道：「這樣的探測已經進行相當長的時間，但至今沒有找到關於暗物質的有力蹤跡。」這也是為什麼引力波的發現讓Kashlinsky和他的同事無比興奮。
黑洞碰撞和微透鏡
計算機模擬黑洞碰撞——人類有史以來第一次觀測到引力波
2016年2月，科學家成功觀測到引力波，將人類對宇宙的認知提升了100年。
這一引力波的來源是兩個黑洞的碰撞，一個質量相當於29個太陽，另一個相當於36個太陽。碰撞過程中大約3被太陽質量的能量被轉換成引力波，對時空的扭曲讓地球上的科學家在10億年後的今天都能夠觀察到。
在這一發現的核心是激光干涉引力波天文台（LIGO），由15個國家共同投資、900的科學家、花費10億美元的實驗，從2002開始就在尋找觀測引力波的跡象。
這次碰撞的黑洞尺寸應該是比較罕見的，這一發現再一次促進了MACHOs的假說。Kashlinsky認為宇宙微波背景對於原始黑洞的記載可能不夠詳細。他說：「就像我們做披薩餅，當你拉開麵糰時，你會發現上邊出現了很多小洞。對宇宙來說，這可能出現很早期的時候，在有物質形成之前。」
宇宙原始黑洞可能在宇宙微波背景中能找到印記
Kashlinsky可能已經在宇宙紅外線背景（CIB）和宇宙X光背景（CXB）中找到了MACHOs的印記——「宇宙麵糰上的小洞」。總之是一些有一些無法解釋的斑塊，有可能是原始黑洞留下的印記。
但2016年六月第二次發現的引力波對Kashlinsky的理論卻不是很有利，主要是因為這次引力波來自於一個8倍太陽質量的黑洞與一個15倍太陽質量的黑洞的碰撞，而按MACHOs假說，宇宙原始黑洞的質量應該至少是10倍或者20倍太陽質量以上。
Kashlinsky對此並未動搖，他始終認為原始黑洞極有可能就是暗物質。
最終的證明
歐洲太空總署的歐幾里得「暗宇宙」望遠鏡概念圖
Kashlinsky和他的團隊基本上有三種方式來支撐他們的學說。
第一就是等。等LIGO不斷地檢測到30倍太陽質量的黑洞，那麼MACHOs的理論將難以忽視。他說：「我們應該在幾年之內就能知道答案了，因為LIGO九月將開始新的探測，如果我們每一到兩周都能發現這樣規模的黑洞，那麼我們就會有足夠的統計數據來支持這一理論。」
除了坐等，Kashlinsky團隊最近提出了一個更集中搜索由原始黑洞產生的微透鏡的計劃。「你看看我們自己的星系，這裡應該有10到1000億個原始黑洞，偶爾就會有一些出現在一顆恆星前面，那樣就能看到效果了。」他說。
除此之外，Kashlinsky團隊還致力於一個叫歐幾里得的宇宙背景望遠鏡，這個望遠鏡計劃2020年升空。這個叫LIBRAE的項目比當年NASA的COBE要更精準完善，COBE是NASA的太空望遠鏡，曾繪製了迄今最好的宇宙背景輻射圖，也顯現出原始黑洞留存的印記——麵糰上的小洞。
Kashlinsky表示他自己不是賭徒，這次有強烈的自信他將通過原始黑洞的研究揭開暗物質的神秘面紗。
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