站在巨人的肩膀之上，霍金40多年前理论被证实错误

宇宙中约有85％的物质是暗物质，但暗物质难以发现，只能透过与其他物质的重力交互作用而察觉它们的存在。

科学家们一直对成分不明的暗物质感到好奇，有各式各样的理论和实验解释暗物质组成，例如建设地下实验室捕捉暗物质粒子，或是利用如大强子撞击器这样的加速器实验来侦测暗物质，但它们都失败了。

其中比较著名的是霍金于1974年提出的假设，他认为暗物质可能绝大部分由直径小于0.1mm的迷你原初黑洞（primordial black hole）组成，而这些迷你原初黑洞是在宇宙大爆炸后不久产生的。但东京大学卡弗里数物及宇宙研究所（Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe，Kavli IPMA）MasahiroTakada等人的最新研究指出，这个假设应该是错误的。

重力透镜侦测原初黑洞示意图Credit: Kavli IPMU

Takada等人利用重力透镜效应（gravitationallensing effect）寻找地球到仙女座星系（Andromeda galaxy，M31）之间的原初黑洞，即若有黑洞通过远方天体前方时，会使得远方天体发出的光发生弯折，在某些极端案例中，这样的弯折效果可使远方天体的亮度比原来亮很多。

银河系(左)和仙女座星系(右)相距260万光年，与恒星聚集的区域相比，暗物质被认为分布在更大的区域。

然而，重力透镜效应事件非常稀少，所以为了增加事件侦测到的次数，Takada带领团队使用位于夏威夷山顶的昴星望远镜（Subaru）配置超广角相机，可一次将整个M31捕捉在同一画面中。考虑原初黑洞可能在星际空间的移动速度，这些科学家制定出要拍摄的图片幅数，期望能捕捉到时间达数分钟到数小时的重力透镜引起的M31星系内恒星变亮的事件。

Takada团队从某个晴朗的夜晚，连续拍摄了7个多小时，从190幅的M31影像中搜寻原初黑洞。如果暗物质是由质量比月球还小的原初黑洞组成，那么在这些影像中应该要发现约1,000次重力透镜事件。然而在小心分析之后，最后只确认了1个重力透镜事件，只有期望值的1‰。他们由此得出结论，霍金的原初黑洞组成暗物质理论是错误的。

虽然霍金的理论被证实错误，但是它却给Takada团队指明了新的研究方向，他们目前正在计划进一步延伸发展他们的M31分析法。其中一个他们想探究的新理论是，LIGO等探测器探测到重力波的黑洞双星，是否就是原初黑洞呢？这是个颇有趣的课题，且让我们拭目以待。

参考文献：

https://www.ipmu.jp/en/20190402-PrimordialBlackHole