透明世界分享 http://blog.sciencenet.cn/u/zhaomg 南开大学物理学院青椒,研究领域: 高能物理实验

博文

关于暗物质气体形成黑洞的瞎想

已有 6200 次阅读 2011-10-14 23:52 |系统分类:科研笔记| 暗物质, 北京, 电磁波, 模型, 大学毕业

其实就是关于暗物质气体“排斥力”的瞎想。
 
最早接触暗物质是2001年做大学毕业论文的时候,老板让我做过一个冷暗物质方面的调研。后来硕士开始参加对撞机实验,就一直在跟正负电子湮灭的产物较劲。09年回南开工作,跟随喻纯旭老师参加了CDEX(China Dark Matter EXperiment)实验,
又重新开始关心暗物质问题(如图所示,暗物质很多,但无法从电磁波中观测到)。从那时候起一直有个问题萦绕在心头,就是暗物质为什么不能形成星体?或者说我们为什么没有观测到暗物质形成的星体?
 
今年3月下旬,华中的陈绍龙师兄来津报告“暗物质及其探测”,面询此疑,他从位力定理角度解释,我觉得不能说明问题,可惜当时他还有别的事情时间太紧没有细谈。后来“看”过不少暗物质理论方面的报告(因常在北京出差,故经常错过“听”相关报告,只能“看”了),有做暗物质种类的,也有做暗物质与标准模型物质作用的,还有做暗物质湮灭产生标准模型粒子的,但很少看到有做暗物质气体自身宏观结构的。虽说也有人做暗物质的自作用,但显然距离解答我的疑惑还有一段距离。
 
今天台湾中研院物理所的阮自強老师来津报告“Cosmic Antiproton and Gamma Ray Constraints on Dark Matter Effective Interactions”,终于得到了跟暗物质理论专家细谈的机会,把我的疑问跟阮老师大概说了一下,他表示很有趣,但需要细想一下。下面简单瞎掰一下我的疑问,若有幼稚之处请各位包含,毕竟我是做实验的,理论不是那么精通。
 
一般来说,要想形成星体有3个条件:
1、有足够密度的星际气体(对我们宇宙来说,主要是氢气或者氦气);
2、有吸引力(一般来说是引力相互作用);
3、有排斥力(对于行星,原子本身的热运动就能抵抗引力的收缩;对于恒星,需要热核反应提供足够的排斥效果;对于白矮星,需要电子简并压提供排斥力;对于中子星,需要中子简并压提供排斥力;对于黑洞,由于没有足够大的排斥力产生机制,无法抗衡引力的集聚效果,导致所有物质都收缩到视界内);
具有这几个条件,星际气体才能自发形成星体。其中的排斥力尤其重要,因为排斥力不止是形成一般星体的必要条件,其产生机制还决定了物质收缩为黑洞的临界质量。

考虑暗物质气体(主流的观点认为暗物质应该是“粒子”),其密度是显然足够大的,吸引力也是没问题的,但排斥力就引人瞎想了。对于排斥力的大小有如下三种可能:
1、如果暗物质粒子的排斥力非常非常大(暂且不管是什么机制提供的),暗物质根本就不能形成黑洞,甚至连一般的星球都无法形成;(这与我们现在的观测貌似一致)
2、如果暗物质粒子根本就没有提供排斥力的机制,那么从大爆炸至今,在各种扰动涨落的效果下暗物质气体不可能保持气体状态,应当绝大部分形成黑洞;(但我们的观测表明,宇宙中黑洞星体的总质量非常微小,不可能是2的情况)
3、如果暗物质粒子有排斥力(暂且也不管是什么力)但比较小的话,那么暗物质粒子形成黑洞的临界质量就会比标准模型物质形成黑洞的临界质量小,这种情况就比较复杂了。(当然,也比较“好玩”了)
 
对于标准模型物质形成的星体来说,要想形成黑洞,只有一个额外条件,就是有足够大的质量,只要突破临界质量就能收缩成黑洞,而这个临界质量是比较大的。虽然霍金理论说在大爆炸初期可能会有很多微型黑洞产生,而现在关于微型黑洞的各种理论也是层出不穷。但微型黑洞普遍寿命较短,且很难探测到。
 
对于暗物质粒子就不一定了。在排斥力较小的假设下,由于临界质量小,暗物质粒子形成黑洞的临界质量就小。那就可以形成一些质量比较小,但并不是“那么小”的黑洞。这些黑洞普遍的存在于halo之中,寿命不长不短,在寿命耗尽时以爆炸或其他形式消失。如果是爆炸的话,那也许还是产生Gamma爆的原因呢。如果是其他机制不那么剧烈的消失,或许还有其他可观测信息出现。
 
唉,铺垫了半天,就是为了说出上面这一句话,一向讨厌写长文,真是费劲啊。。。
 
 

宇宙的组成(摘自清华大学李金老师2011年2月28日在南开大学的报告)



https://blog.sciencenet.cn/blog-242248-496912.html

上一篇:最近中微子的超光速实验结果比较火爆~
下一篇:讲授《大学物理》的感受
收藏 IP: 111.164.206.*| 热度|

1 杨华磊

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (4 个评论)

1/0 | 闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌熼梻瀵割槮缁炬儳婀遍埀顒傛嚀鐎氼參宕崇壕瀣ㄤ汗闁圭儤鍨归崐鐐差渻閵堝棗绗掓い锔垮嵆瀵煡顢旈崼鐔叉嫼闂佸憡绻傜€氼噣鍩㈡径鎰厱婵☆垰鐏濇禍鍦磼椤旇偐澧︾€规洖銈搁幃銏㈢矙閸喕绱熷┑鐘愁問閸犳銆冮崨顓囨稑螖閸涱厾顦梺鎸庢礀閸婂綊鎮¢妷锔剧瘈闂傚牊绋掗敍宥嗕繆閹绘帗鎲哥紒杈ㄥ浮閹晠鎮滃Ο鐓庢锭濠电儑绲藉ú銈夋晝椤忓懍绻嗛柛顐f礀濡炰粙鏌涢幇銊︽珕闁哄棔鍗冲缁樻媴閸涘﹥鍎撻梺褰掓敱閸ㄥ湱妲愰悙瀛樺闁告挸寮剁紞搴ㄦ⒑閹呯妞ゎ偄顦悾閿嬪緞閹邦厾鍘繝鐢靛仜閻忔繈宕濆⿰鍫熺厽婵犻潧瀚悘鍙夋叏婵犲啯銇濋柟顔惧厴瀵爼骞愭惔顔兼暏闂傚倷鑳堕幊鎾诲吹閺嶎厼绠柨鐕傛嫹:0 | 婵犵數濮烽弫鍛婃叏閻戣棄鏋侀柛娑橈攻閸欏繘鏌i幋婵愭綗闁逞屽墮閸婂潡骞愭繝鍐彾闁冲搫顑囩粔顔锯偓瑙勬磸閸旀垵顕i崼鏇炵闁绘瑥鎳愰獮銏ゆ⒒閸屾瑦绁版い顐㈩槸閻e嘲螣鐞涒剝鐏冨┑鐐村灦绾板秹顢曟禒瀣厪闁割偅绻冮崯鎺楁煛閸愩劎澧涢柡鍛叀閺屾稑鈽夐崡鐐茬濠电偛鐗婇悡鈥愁潖閾忓湱鐭欐繛鍡樺劤閸撴澘顪冮妶鍡楃仴妞わ箓娼ч锝嗙節濮橆厽娅滈梺鍛婄☉閸婂宕版惔銊ョ厺閹兼番鍔岀粻姘辨喐鎼搭煈鏁婇柛鏇ㄥ灡閻撴稑顭跨捄鐑橆棡婵炲懎妫涚槐鎺旀嫚閼碱剙顣哄銈庡亜缁绘﹢骞栭崷顓熷枂闁告洦鍋嗛敍蹇涙⒒娓氣偓濞佳勭仚闂佺ǹ瀛╅悡锟犲箖閻㈢ǹ顫呴柕鍫濇閹锋椽姊洪懡銈呮瀾婵犮垺锚閳绘捇鍩¢崨顔惧幍闂佸憡鍨崐鏍偓姘炬嫹 | 婵犵數濮烽弫鍛婃叏閻戣棄鏋侀柛娑橈攻閸欏繘鏌i幋锝嗩棄闁哄绶氶弻鐔兼⒒鐎靛壊妲紒鐐劤椤兘寮婚敐澶婄疀妞ゆ帊鐒﹂崕鎾绘⒑閹肩偛濡奸柛濠傛健瀵鈽夐姀鈺傛櫇闂佹寧绻傚Λ娑⑺囬妷褏纾藉ù锝呮惈灏忛梺鍛婎殕婵炲﹤顕f繝姘亜闁稿繐鐨烽幏濠氭煟鎼达絾鏆╅弸顏勨攽閳ヨ尙鐭欐慨濠冩そ瀹曨偊宕熼鈧▍銈囩磽娴g瓔鍤欓柣妤佹尭椤曪絾绻濆顑┾晠鏌曟径鍫濈仾闁哄倵鍋撻梻鍌欒兌绾爼宕滃┑瀣櫔缂傚倷鐒﹂崝鏍儎椤栨凹娼栨繛宸簻瀹告繂鈹戦悩鎻掝劉闁伙絿鍏橀幃妤呭礂婢跺﹣澹曢梻浣哥秺濡法绮堟担铏逛笉闁哄秲鍔嬬换鍡涙煏閸繂鈧憡绂嶆ィ鍐┾拺閻庡湱濮甸ˉ澶嬨亜閿旇鐏﹂柛鈹垮灩椤撳ジ宕卞Ο鑲┬ら梻渚€娼ц噹闁告侗鍨扮敮鎺旂磽閸屾艾鈧绮堟笟鈧畷鎰板传閵壯呯厠闂佸湱铏庨崰鎾诲磻閹存緷褰掑礂閸忚偐绋囬梻浣稿船濞差參寮婚敐澶婃闁圭ǹ瀛╅崕鎾绘倵濞堝灝鏋熷┑鐐诧工椤繒绱掑Ο璇差€撻梺鎯х箳閹虫挾绮垾鏂ユ斀闁绘劖褰冪痪褔鏌eΔ鍐ㄐ㈤柣锝囧厴楠炲洭寮堕幐搴$ザ婵$偑鍊栭幐鑽ょ矙閹寸偟顩查柣鎰靛墯閸欏繑淇婇婊冨付濞存粓绠栭幃妤€顫濋悙顒€顏� | 闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧湱鈧懓瀚崳纾嬨亹閹烘垹鍊為悷婊冪箻瀵娊鏁冮崒娑氬幈濡炪値鍘介崹鍨濠靛鐓曟繛鍡楃箳缁犲鏌″畝鈧崰鎾舵閹烘顫呴柣妯虹-娴滎亞绱撻崒娆掑厡濠殿噣绠栭敐鐐村緞閹邦儵锕傛煕閺囥劌鐏犵紒鐘崇洴閺屾盯顢曢敐鍡欘槰濡炪倕楠哥粔鐟邦潖閾忓湱鐭欐繛鍡樺劤閸撶偓绻涚€涙ḿ鐭ゅù婊庝簻椤曪絿鎷犲ù瀣潔闂侀潧绻掓慨鍫ュΩ閿旇桨绨婚梺鍝勫€搁悘婵堢礊閺嶃劍鍙忛悷娆忓濞堟粓鏌熼鐓庢Щ妤楊亙鍗冲畷銊╊敇瑜庡В澶愭⒑濮瑰洤鐒洪柛銊╀憾閵嗗啯绻濋崒銈呮闂佸搫琚崕杈╃不閻熸噴褰掓晲閸涱喛纭€闂佸憡鐟ュΛ婵嗩潖閾忓湱纾兼俊顖濆吹椤︺儵姊虹粙鍖″伐婵犫偓闁秴鐒垫い鎺嶈兌閸熸煡鏌熼崙銈嗗

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2025-1-22 16:02

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007-2025 中国科学报社

返回顶部