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(lái)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(guó)太空網(wǎng)（Robert Lea）：當(dāng)原始黑洞被懷疑為暗物質(zhì)時(shí)，它們的留下不在場(chǎng)證明可能會(huì)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(shí)間更長(zhǎng)，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(wèn)題之一。這是炸遺因?yàn)椋M管暗物質(zhì)估計(jì)占宇宙物質(zhì)的留下85%，但它實(shí)際上對(duì)我們的小黑嫌疑眼睛來(lái)說(shuō)是看不見(jiàn)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?cè)诹Ｗ游锢順?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(gè)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(duì)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(píng)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(duì)暗物質(zhì)粒子的探索仍處于空白，更多的研究人員可能會(huì)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(shí)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(shuō)，我們?cè)谟钪嬷杏^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(dòng)，并且這些波動(dòng)在星系真正形成的更早的時(shí)間崩潰，那么這些過(guò)于密集的斑塊可能會(huì)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(shí)間以及坍塌的規(guī)模，這些原始黑洞的質(zhì)量會(huì)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(lái)說(shuō)，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(dòng)中出現(xiàn)了。（圖片來(lái)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(yáng)的3到50倍——太陽(yáng)本身是27（22后面跟著26個(gè)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(duì)較小的黑洞合并形成的較大黑洞一樣，原始黑洞也會(huì)有一個(gè)被稱為視界的光捕獲外部邊界。這個(gè)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(huì)非常小。費(fèi)爾南德斯-亞歷山大說(shuō)：“比質(zhì)子的半徑還小。”。

黑洞的解剖結(jié)構(gòu)。無(wú)論大小，所有黑洞都有視界。（圖片來(lái)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(lái)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(shuō)：“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?cè)谟钪嬷幸呀?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(guò)程在某個(gè)時(shí)刻會(huì)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(guò)發(fā)射霍金輻射來(lái)降低質(zhì)量，黑洞必須‘重寫’其信息或其他東西。這個(gè)重寫過(guò)程需要時(shí)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(gè)蒸發(fā)過(guò)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(lái)。
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(guò)黑洞所需的逃逸速度超過(guò)光速的點(diǎn)。這意味著原始黑洞會(huì)“捕獲”所有入射光，導(dǎo)致明顯缺乏相互作用。
Thoss說(shuō)：“如果它們足夠輕，在行星質(zhì)量周圍的某個(gè)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(wú)碰撞’的，因此暗物質(zhì)粒子之間的相互作用不會(huì)影響宇宙。”
他補(bǔ)充說(shuō)，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(shí)間尺度上，它們也會(huì)很小，很少碰撞。這些原始黑洞可能會(huì)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(gè)暗物質(zhì)云的例子，這可能真的是一團(tuán)黑洞嗎？（圖片來(lái)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(huì)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(huì)變成一個(gè)巨大的黑洞嗎？Thoss說(shuō)已經(jīng)對(duì)此進(jìn)行了調(diào)查，答案很簡(jiǎn)單：“沒(méi)有。”
他繼續(xù)說(shuō)道：“即使考慮到聚集，合并的時(shí)間尺度也很長(zhǎng)，它們只會(huì)在整個(gè)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(lái)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?cè)趤喸映叨壬蠈?duì)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(jiàn)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(cè)到一簇原始黑洞，也沒(méi)有真正的方法來(lái)區(qū)分許多小黑洞和一個(gè)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(duì)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(wú)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(shuō)：“我不會(huì)說(shuō)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(shí)間。”。“現(xiàn)在，鑒于我們并沒(méi)有真正檢測(cè)到粒子暗物質(zhì)，我認(rèn)為考慮這個(gè)選項(xiàng)變得越來(lái)越重要。”