暗物质可能是由黑洞组成的吗？科学家已排除大部分质量

但是有一种解释可能不需要任何新的物理学，如果暗物质只是黑洞呢？时空结构中的这些高密度洞似乎是暗物质候选者。正如我们之前多次讨论过的，黑洞是引力场非常强的区域，甚至连光都无法逃脱。黑洞真实存在的证据现在非常令人信服，我们知道黑洞实际上是真实存在的这一事实似乎有利于它们作为暗物质的解释，这比我们对任何其他暗物质粒子候选者的说法都要好。

在我们开始消除特定的黑洞质量之前，让我们先排除一整类黑洞。我们将从唯一可靠的天体物理学来源——死星中排除黑洞。我们知道黑洞是从质量最大的恒星的剩余核心形成的，通过估计在宇宙历史中形成和死亡的恒星数量，我们可以很好地估计这些黑洞的最大可能数量。

宇宙微波背景中的密度波动告诉我们，暗物质的引力在第一颗恒星形成之前很久就将物质拉到一起。因此，如果暗物质是由黑洞构成的，那么这些黑洞一定从一开始就与我们同在。幸运的是，对于我们的假设，我们有理由认为在很早的宇宙中可能已经形成了大量的黑洞，我们称这些原始黑洞。我们之前已经讨论过它们，让我们更深入地研究原始黑洞是否可以解释暗物质的问题。
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有几种方式可以形成原始黑洞，但最主流的机制是它们因密度波动而坍缩。我们知道早期宇宙中有些区域的物质比其他区域多一些——我们在大爆炸后大约38万年的宇宙微波背景中看到了这一点。这些波动在早期会更加强烈，而且可能足够强大，以至于其中最大的一个会坍缩成黑洞。

宇宙中最大的黑洞的质量是太阳质量的数百万到数十亿倍，我们基本上在所有星系的中心都看到了这些“超大质量黑洞”。暗物质不能由这些超大质量黑洞构成，因为它们往往很快就会落到它们的星系中心，与我们观察到的不符。在另一端，我们有十亿吨以下或一座小山质量左右的黑洞，我们也可以排除这些，因为现在所有这些黑洞都被霍金辐射蒸发掉。

澳大利亚斯特罗姆洛山上的一台专用望远镜在整个九十年代率先开展了这项工作。第一个MACHO微透镜事件被检测到，但还不足以解释暗物质。从那以后，进一步的调查确实确定了这些限制。麦哲伦星云对此特别有利，这些迷你星系中恒星的低水平微透镜使我们能够排除在大约月球质量到太阳质量10倍之间的MACHO作为暗物质的主要贡献者。到目前为止，我们大多排除了围绕太阳质量或更低质量的黑洞作为暗物质的解释。

更大的黑洞很棘手，因为需要更少的黑洞来构成暗物质的质量，这意味着它们不太可能通过微透镜研究被发现。一种测试方法是观察矮星系，这些星系是如此的小而密集，以至于即使是几十个太阳质量的黑洞现在也应该已经流到了中心，并在此过程中将质量较小的恒星抛入了更高的轨道。

对矮星系结构的研究告诉我们，不超过4%的暗物质可能是几十到几千个太阳质量的黑洞。整个银河系中松散结合的双星系统的存在给我们带来了类似的限制——如果有很多质量是太阳质量几十倍的黑洞，那么这些双星早就被近距离接触撕裂了。

我们已经排除了大部分黑洞是暗物质的主要来源，剩下的几个狭窄的窗口，只是我们的研究不太敏感的窗口，坦率地说，所有暗物质都被挤进我们还没有正确观察到的点是不太可能的，所以暗物质可能不是黑洞。