在你的一生中，会有原初黑洞穿过你吗

学术 2024-12-12 12:27 北京

/ 在你的一生中，

会有原初黑洞穿过你吗？

想象一下黑洞的形成——你可能会想到一颗巨大的恒星耗尽燃料、自我坍缩。然而，在早期宇宙的混乱状态下，可能有许多小黑洞在第一批恒星出现之前已经就形成了。

虽然原初黑洞的质量远远小于后来由垂死恒星形成的恒星黑洞，但它们的密度并不小，就像一座山的质量被压缩成一个原子大小的区域那般。

原初黑洞的艺术想象图。

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数十年来，人们一直在试图寻找原初黑洞。最近，有项新研究建议从大到小两个方面来证实它们的存在：大到太空中的空心行星，小到地球上的日常材料（比如岩石、金属和玻璃）。

这项研究假设，当一个原初黑洞快速穿过固体物质（包括地球上的物质）时，可能会留下足以用显微镜看到的笔直隧道，并计算了一个原初黑洞穿过地球上某个物体的可能性（如果你担心有个原初黑洞会穿过你的身体，好消息是——该研究得出的结论是，这不致命)。

该研究提出，一个质量为10²²克的原初黑洞会留下一个直径为0.1微米的隧道。研究人员指出，在非常古老的材料（比如几百年前的建筑、几十亿年前的岩石）中找到隧道的可能性更大。但即便如此，原初黑洞穿过十亿年前的巨石的概率也仅为0.000001。

所以说，在你的一生中，原初黑洞穿过你的可能性很小；即使真的有，你可能也不会注意到。与岩石不同，人体组织的张力很小，所以原初黑洞穿过时不会产生撕裂。

来源 / https://phys.org/news/2024-12-evidence-primordial-black-holes-planets.html

/ 木族彗星，

“送水上门”

最近，研究人员发现，67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星上的水与地球海洋中的水具有相似的分子特征。这一发现新证明，像67P这样的木族彗星可能曾向地球输送过水。

水是生命在地球上形成和繁荣的必要条件。虽然约46亿年前、地球诞生之初时，气体和尘埃中可能存在一些水，但由于地球形成时靠近太阳，大部分水已经汽化。地球后来是怎么变得富含液态水的？个中原因一直是科学家们争论的焦点。

67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星。

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研究表明，地球上的部分水源来自火山喷出的蒸汽，这些水汽凝结后降到海洋上。但也有证据表明，海洋中的大部分水来自撞击地球的小行星，以及彗星上的冰和矿物质。

如何证明彗星上的水和与地球上的水之间的密切联系？答案是研究水中水中氘（D）与氢（H）的比例。氘是一种稀有的、较重的氢（或者说氢的同位素）。与地球上的水相比，彗星和小行星中氘的比例可以揭示两者之间是否存在联系。

由于含有氘的水更有可能在寒冷的环境中形成，因此在彗星等远离太阳的天体中，氘的浓度要高于在小行星等靠近太阳的天体中。

在过去的几十年对木族彗星水蒸气中的氘的测量表明，其含量与地球上的水相似。新研究修正了67P中氘的丰度，发现它的氘浓度是所有彗星中最高的，大约是地球海洋中氘浓度的三倍。这一发现不仅对理解彗星之于地球水源有重大意义，而且对彗星观测提供了更深见解。相关研究已发表在Science Advances上。

来源 / https://phys.org/news/2024-12-team-links-comet-earth-oceans.html

/ 金星：不存在的生命幻想

最近，一个天文学家小组发现，金星从不适合生命居住——尽管几十年来人们一直在猜测，这颗离我们最近的行星邻居曾非常类似地球。

研究人员研究了金星大气层的化学成分，推断出金星内部如今过于干燥，不可能有足够的水在其表面形成海洋。相反，金星很可能自诞生以来就是一个炙热、荒凉的世界。

金星和地球的大小对比。

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从远处看，金星和地球就像一对双胞胎：大小差不多、都是岩质行星。但近距离看，金星更像个恶魔双子星：它被厚厚的硫酸云层覆盖，表面平均温度接近500°C。

尽管条件如此极端，但几十年来，天文学家一直在研究金星是否曾经有过能够维持生命的液态海洋，或者现在在其厚厚的云层中是否存在某种神秘的“空中”生命。

目前关于金星自诞生以来的演化过程主要有两种理论。第一种理论认为，金星表面的温度曾经能够支持液态水的存在，但由于广泛的火山活动造成的失控温室效应，金星变得越来越热。第二种理论认为，金星一直就很热，地表也一直无法形成液态水。

研究人员计算了金星大气中水、二氧化碳和羰基硫化物分子等成分的数值，发现金星上的火山气体最多含有6%的水。这表明，金星的内部——释放出火山气体的岩浆的来源——也处于脱水状态。换言之，金星现在不宜居，过去也不宜居。

该研究结果发表在Nature Astronomy上，对理解地球的独特性以及寻找地外生命具有重要意义。虽然许多系外行星与金星相似，但研究表明，天文学家应该把重点放到更像地球的系外行星上。

来源 / https://phys.org/news/2024-12-astronomers-theory-venus-liquid-surface.html

/ 奇妙共生，方成宝瓶

700光年外的一对恒星奇偶正在形成一幅混乱美丽的彩色气体细丝。哈勃望远镜捕捉到了这对名为宝瓶座R的天体以及它们之间的共生关系。每隔44年，它俩就会以每小时160万公里的速度喷出气体细丝。

宝瓶座R。

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宝瓶座R由两种截然不同的恒星组成：一颗白矮星和一种特殊类型的变星。

白矮星是恒星残骸，因留有余热而发着光。白矮星的密度非常大，因此会产生强大的引力。另一颗变星是一种名为米拉变星的红巨星。它与其伴星完全相反，不紧凑、不致密，而是膨胀、发红。这是一颗脉动巨星，比太阳大400多倍。在脉冲过程中，它的温度和光度都会发生变化。在大约390天的时间里，它的亮度变化了750倍。而当这颗恒星的亮度达到峰值时，它的亮度是太阳的5000多倍。

可以说，这颗大质量红巨星的强烈脉动本身就是一个奇观，但它和它的伙伴创造出了更加壮观的景象：当这两颗恒星运行时，高密度的白矮星会从红巨星上吸走氢气。氢气在白矮星上积聚，直到达到阈值。然后，这颗又小又稠密的恒星表面发生核聚变爆炸。

爆炸将物质以气态丝状喷向太空。由于白矮星的周围区域被恒星强大的磁场所控制（其磁场强度可能是地球的几百万倍），核爆炸的力量加上磁场的作用，这些丝状物被扭曲成飘带状。同时，来自两颗恒星的辐射把氢变成了电离气体，使其能够发出明亮的光，形成美丽的自然景观。

只看图很容易误解恒星和电离氢丝的规模——但其实，被抛入太空的物质最远可达4000亿公里。宝瓶座R于1810年首次被观测到，它是距离我们最近的共生星之一，能让天文学家学到很多关于恒星风、吸积和电离星云的知识。

来源 / https://phys.org/news/2024-11-special-conditions-bizarre-stellar-spectacle.html

/ 星系核球

是怎样形成的？

中国科学院紫金山天文台联合法国替代能源与原子能委员会巴黎-萨克雷大学中心、日本东京大学科维理宇宙物理学与数学研究所等，基于大样本亚毫米波观测数据，首次确凿发现了遥远早期宇宙星暴星系中心通过强烈的恒星形成活动直接形成原位核球的证据。这一发现提出了关于宇宙星系形成过程的全新认知。最近相关研究成果在线发表在Nature上。

早期宇宙星暴星系中原位核球形成过程及其与当前宇宙椭圆星系间可能演化关系示意图。

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当前，宇宙中的星系依形态大致分为有明显旋臂结构的盘状旋涡星系以及整体呈近圆形或椭圆形且中心亮、边缘渐暗的椭圆星系。研究发现，无论形态如何，多数星系中心均有一个恒星密集区域即核球，核球与盘的比例决定星系的整体形态。而核球结构的形成机制是天文学的谜团。

该研究基于阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波干涉阵档案数据自动挖掘项目获得的高空间分辨率、高灵敏度数据，精确测量了一批亚毫米波辐射非常明亮的早期宇宙大质量星暴星系的尘埃连续谱辐射分布特征。这些星系的红移可追溯至“宇宙正午”时代即距今约80至120亿年前。当时，许多星系正在经历大规模的恒星形成活动。

统计分析发现，大多数样本星系的亚毫米波辐射非常紧凑，其面亮度轮廓明显偏离盘状星系光强度的典型指数盘模型分布，表明这些星系的核心区域可能已形成类似核球的结构。星系几何形状的详细分析给出了更确凿的证据。基于三轴模型的样本星系轴比分布研究发现，多数星系几何形状呈三轴椭球形，而不是传统认为的扁平盘状结构。具体而言，这些星系最短轴和最长轴之比约为1/2，且有随星系内部恒星形成活跃程度的增加而变大的趋势。这表明，早期宇宙星暴星系中极端活跃的恒星形成活动可能导致星系中心区域恒星质量的快速积累，从而促进原位核球结构形成。进一步，宇宙流体动力学模拟结果显示，早期宇宙普遍存在的冷气体吸积流入和星系相互作用所触发的剧烈恒星形成活动或是导致这些星系原位核球结构形成的主要原因，而这一时期被认为是大多数星系核球结构形成的关键时期。

这一研究从亚毫米波段的独特视角，结合创新的分析技术，为探索早期宇宙星暴星系核球结构的形成和演化提供了重要的观测证据，为当前宇宙中巨型椭圆星系的形成机制研究带来了新启示。该成果有望重新定义星系形成机制，对星系形成和演化理论的研究产生深远影响。

来源 / https://www.cas.cn/syky/202412/t20241205_5041324.shtml

现代物理知识杂志

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