暗物質不是由迷你原始黑洞構成

宇宙中的物質約有八成半是暗物質（dark matter），但暗物質僅能透過與一般物質的重力交互作用而察覺它們的存在。科學家一直對成分不明的暗物質感到好奇，有各式各樣的理論和實驗解釋暗物質組成，例如建設地下實驗室捕捉暗物質粒子，或是利用如大強子撞擊器（Large Hadron Collider）這樣的加速器實驗來偵測暗物質，但是都失敗了。其中一項理論是霍金（Hawking）於1974年提出的假說，認為暗物質可能絕大部分由直徑小於0.1毫米的迷你原初黑洞（primordial black hole）所組成，而這些迷你原初黑洞是在宇宙大霹靂後不久產生的。但東京大學凱維里數物連攜宇宙研究機構（Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe）高田昌広等人最新研究指出：這個假設應該可以摒棄了。

高田昌広等人利用重力透鏡效應（gravitational lensing effect）尋找地球到仙女座星系（Andromeda galaxy，M31）之間的原初黑洞，亦即若有黑洞通過遠方天體前方時，會折曲遠方天體發出的光，在某些極端案例中，這樣折曲的效果可使遠方天體的亮度比原來亮很多。

然而，重力透鏡效應事件非常稀少，所以為了增加事件偵測到的次數，這些科學家使用位在夏威夷山頂的昴望遠鏡（Subaru）配置超廣角相機（Hyper Suprime-Cam），可一次將整個M31捕捉在同一畫面中。考慮原始黑洞可能在星際空間的移動速度，這些科學家訂出要拍攝的影像幅數，期望能捕捉到時間達數分鐘到數小時的重力透鏡引起的M31星系內恆星變亮的事件。

高田昌広等人從某個晴朗的夜晚，連續拍攝七個多小時、共一百九十幅的M31影像中搜尋原初黑洞。如果暗物質是由質量比月球還小的原初黑洞組成，那麼在這些影像中應該要發現約一千個重力透鏡事件。然而在小心分析之後，最後只確認了一個重力透鏡事件，只有期望值的千分之一。他們由此得出結論：霍金的原初黑洞組成暗物質的理論錯了！

這些科學家目前正在計畫進一步延伸發展他們的M31分析法。其中一個他們想探究的新理論是：激光干涉重力波天文台等偵測器偵測到重力波的黑洞雙星，是否就是原初黑洞呢？這是個頗有趣的課題，且讓我們拭目以待。

【圖：互聯網；文：節錄自台北天文館之網路天文館網頁；新聞訊息由林景明提供】