一幅插圖顯示了一團(tuán)微小的原始黑洞，這可能是大爆的微洞可的暗暗物質(zhì)的原因。（圖片來源：uux.cn/Robert Lea（與Canva共同創(chuàng)作））
（神秘的炸遺地球uux.cn）據(jù)美國太空網(wǎng)（Robert Lea）：當(dāng)原始黑洞被懷疑為暗物質(zhì)時，它們的留下不在場證明可能會分崩離析。在宇宙誕生幾秒鐘后產(chǎn)生的小黑嫌疑微小黑洞可能比預(yù)期的存活時間更長，這再次引發(fā)了人們的物質(zhì)懷疑，即原始黑洞可能是宇宙宇宙中最神秘的物質(zhì)暗物質(zhì)的原因。
暗物質(zhì)目前是大爆的微洞可的暗物理學(xué)中最緊迫的問題之一。這是炸遺因?yàn)椋M管暗物質(zhì)估計占宇宙物質(zhì)的留下85%，但它實(shí)際上對我們的小黑嫌疑眼睛來說是看不見的，因?yàn)樗慌c光相互作用。物質(zhì)
因?yàn)榻M成我們所能看到的宇宙“日常”物質(zhì)的原子的粒子，如恒星、大爆的微洞可的暗行星和我們自己的炸遺身體，顯然與光相互作用，這促使人們在粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型之外尋找暗物質(zhì)粒子。許多科學(xué)家認(rèn)為，答案仍然可能在標(biāo)準(zhǔn)模型中，然而，如果我們考慮一個我們通常認(rèn)為質(zhì)量巨大甚至可怕的宇宙物體的小近親：黑洞。
馬克斯·普朗克研究所科學(xué)家Valentin Thoss和里斯本大學(xué)的Ana Fernandes Alexandre是最近參與此類研究的兩名研究人員。他們假設(shè)，138億年前大爆炸后誕生的小黑洞，不比質(zhì)子大，可以聚集在一起成為暗物質(zhì)的嫌疑人，而不需要新的物理學(xué)。
最近，人們對黑洞如何“蒸發(fā)”的想法發(fā)生了變化，這不僅促使人們重新評估了原始黑洞的生存能力，正如暗物質(zhì)所懷疑的那樣，而且隨著對暗物質(zhì)粒子的探索仍處于空白，更多的研究人員可能會開始更認(rèn)真地研究原始黑洞暗物質(zhì)理論。
什么是原始黑洞？
“顧名思義，‘原始黑洞’是一種在宇宙開始時形成的黑洞，”Thoss告訴Space.com。“事實(shí)上，在宇宙的前幾分之一秒內(nèi)。”
他解釋說，我們在宇宙中觀察到的所有結(jié)構(gòu)，從星系的超星系團(tuán)到星系本身，都是由早期宇宙中存在的空間中的輕微超密度形成的。如果早期宇宙經(jīng)歷了比創(chuàng)造這些特征的宇宙更強(qiáng)的密度波動，并且這些波動在星系真正形成的更早的時間崩潰，那么這些過于密集的斑塊可能會刺激原始黑洞。
Thoss補(bǔ)充道，根據(jù)這次坍塌可能發(fā)生的時間以及坍塌的規(guī)模，這些原始黑洞的質(zhì)量會非常不同。Thoss和Fernandes Alexandre認(rèn)為可能的暗物質(zhì)候選者的原始黑洞的質(zhì)量范圍在幾噸到一千噸之間，具體來說，這小于行星的質(zhì)量，更屬于小小行星的質(zhì)量。

顯示宇宙膨脹歷史的圖表。在第一顆恒星出現(xiàn)之前，原始黑洞就已經(jīng)從密度波動中出現(xiàn)了。（圖片來源：uux.cn/NASA/WMAP科學(xué)團(tuán)隊(duì)/Dana Berry的藝術(shù)作品）
考慮到科學(xué)家迄今為止發(fā)現(xiàn)的最小黑洞，即恒星質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量相當(dāng)于太陽的3到50倍——太陽本身是27（22后面跟著26個零）噸的2.2倍10的冪——這些原始黑洞非常小。
費(fèi)爾南德斯-亞歷山大表示，與大質(zhì)量恒星坍塌或相對較小的黑洞合并形成的較大黑洞一樣，原始黑洞也會有一個被稱為視界的光捕獲外部邊界。這個視界的直徑由黑洞的質(zhì)量決定，這意味著在這種情況下，視界會非常小。費(fèi)爾南德斯-亞歷山大說：“比質(zhì)子的半徑還小。”。

黑洞的解剖結(jié)構(gòu)。無論大小，所有黑洞都有視界。（圖片來源：uux.cn/ESO）
小的原始黑洞以前被排除為暗物質(zhì)候選者，因?yàn)樗泻诙炊急徽J(rèn)為“泄漏”了一種熱輻射，這種熱輻射最早由斯蒂芬·霍金于1974年提出理論，后來被命名為“霍金輻射”
黑洞越小，泄漏霍金輻射的速度就越快，因此蒸發(fā)的速度也就越快。這意味著，如果原始黑洞曾經(jīng)存在，那么最小的例子就不應(yīng)該出現(xiàn)在今天——然而，暗物質(zhì)顯然存在。
Thoss說：“Ana和我現(xiàn)在認(rèn)為質(zhì)量的原始黑洞以前基本上被排除在外，因?yàn)槿藗冋J(rèn)為它們在宇宙中已經(jīng)完全蒸發(fā)了。”。
慕尼黑大學(xué)的理論物理學(xué)家Giorgi Dvali與Thoss和Fernandes Alexandre合作，最近的研究表明，蒸發(fā)過程在某個時刻會分解。這意味著科學(xué)家們認(rèn)為質(zhì)量的原始黑洞可以達(dá)到半穩(wěn)定狀態(tài)。
費(fèi)爾南德斯-亞歷山大解釋道：“為了通過發(fā)射霍金輻射來降低質(zhì)量，黑洞必須‘重寫’其信息或其他東西。這個重寫過程需要時間。”。“它被稱為‘記憶負(fù)擔(dān)’，因?yàn)檫@種記憶現(xiàn)在必須傳遞給其他東西，這只是在某種程度上減緩了整個蒸發(fā)過程。所以這是一種穩(wěn)定。”
這種“拯救機(jī)制”意味著原始黑洞重新成為潛在的暗物質(zhì)候選者！
與暗物質(zhì)完全相似？
然而，今天宇宙中可能存在原始黑洞這一事實(shí)并不意味著它們應(yīng)該被視為暗物質(zhì)嫌疑人。碰巧的是，還有其他原因?qū)⑦@些微小的假設(shè)黑洞與宇宙中神秘物質(zhì)的含量聯(lián)系起來。
也許最明顯的聯(lián)系是暗物質(zhì)缺乏與光的相互作用。暗物質(zhì)不發(fā)光或反射光，而包圍所有黑洞的視界代表了穿過黑洞所需的逃逸速度超過光速的點(diǎn)。這意味著原始黑洞會“捕獲”所有入射光，導(dǎo)致明顯缺乏相互作用。
Thoss說：“如果它們足夠輕，在行星質(zhì)量周圍的某個地方，原始黑洞在我們感興趣的所有目的上都表現(xiàn)得像暗物質(zhì)粒子。”。“在標(biāo)準(zhǔn)模型中，暗物質(zhì)是‘無碰撞’的，因此暗物質(zhì)粒子之間的相互作用不會影響宇宙。”
他補(bǔ)充說，如果原始黑洞的質(zhì)量比行星質(zhì)量輕，那么，即使在宇宙時間尺度上，它們也會很小，很少碰撞。這些原始黑洞可能會聚集在一起，產(chǎn)生我們目前認(rèn)為屬于暗物質(zhì)的引力效應(yīng)，例如提供引力影響，防止快速旋轉(zhuǎn)的星系分飛。

一個暗物質(zhì)云的例子，這可能真的是一團(tuán)黑洞嗎？（圖片來源：uux.cn/X射線：NASA/CXC/CfA/M.Markevitch等人；光學(xué)：NASA/STScI；麥哲倫/U.Arizona/D.Clowe等人；Lensing Map:NASA/STScI；ESO WFI；麥哲倫/U.Aryzona/D.Clowe等人）
然而，如果原始黑洞必須聚集在一起以解釋暗物質(zhì)的影響，那么什么會阻止這些黑洞聚集在一起并合并形成更大的黑洞呢？一簇微小的黑洞最終不會變成一個巨大的黑洞嗎？Thoss說已經(jīng)對此進(jìn)行了調(diào)查，答案很簡單：“沒有。”
他繼續(xù)說道：“即使考慮到聚集，合并的時間尺度也很長，它們只會在整個宇宙年齡合并成真正大質(zhì)量的黑洞。”。
Thoss補(bǔ)充道，使用原始黑洞作為暗物質(zhì)解釋的美妙之處在于，與使用軸子等假設(shè)粒子來解釋奧秘不同，原始黑洞不需要擴(kuò)展到粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型，這是我們在亞原子尺度上對宇宙的最佳解釋。
盡管如此，如果原始黑洞真的能解釋這種現(xiàn)象，那么它們將很難被確認(rèn)為暗物質(zhì)。同樣，它們的光捕獲特性意味著它們實(shí)際上是不可見的。此外，在如此小的尺寸下，它們不像它們的恒星和超大質(zhì)量兄弟那樣具有巨大的引力效應(yīng)。
即便如此，如果探測到一簇原始黑洞，也沒有真正的方法來區(qū)分許多小黑洞和一個大黑洞。
盡管困難重重，但Thoss和Fernandes Alexandre打算至少在理論上保持對原始黑洞尾部的關(guān)注。如果暗物質(zhì)的候選粒子繼續(xù)無法顯現(xiàn)，也許答案是讓更多的物理學(xué)家開始審視粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)之間的隱喻性圍欄。
費(fèi)爾南德斯·亞歷山大說：“我不會說原始黑洞曾被視為暗物質(zhì)候選者而被忽視；盡管它們被忽視了一段時間。”。“現(xiàn)在，鑒于我們并沒有真正檢測到粒子暗物質(zhì)，我認(rèn)為考慮這個選項(xiàng)變得越來越重要。”