平均每十年，就會(huì)有一個(gè)原初黑洞飛掠太陽(yáng)系

撰文丨茍利軍

黑洞，相信大家在影視作品中已經(jīng)司空見(jiàn)慣。但有一個(gè)黑洞你可能沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)，原初黑洞。而且這種黑洞可能平均每十年就會(huì)“造訪”我們的太陽(yáng)系。什么是原初黑洞？太陽(yáng)系會(huì)被它吸進(jìn)去嗎？今天我們和大家聊聊黑洞。

近日，《物理學(xué)評(píng)論》D卷上發(fā)表了一篇論文，如果暗物質(zhì)真是由微型原初黑洞構(gòu)成的，那么理論上，平均每十年就會(huì)有一個(gè)原初黑洞飛掠太陽(yáng)系。當(dāng)穿越太陽(yáng)系時(shí)，我們可以通過(guò)檢測(cè)火星軌道的晃動(dòng)發(fā)現(xiàn)它們的存在。

我們通常熟知恒星級(jí)黑洞是黑洞家族中最常見(jiàn)的一類(lèi)，它們是由恒星坍縮形成的，質(zhì)量通常是太陽(yáng)的幾倍到幾十倍。在我們銀河系當(dāng)中，這類(lèi)黑洞估計(jì)有上億個(gè)。恒星級(jí)黑洞的誕生源于質(zhì)量巨大的恒星在生命盡頭發(fā)生超新星爆炸，核心部分的塌縮。

我曾有幸對(duì)著名的恒星級(jí)黑洞天鵝座X-1（Cygnus X-1）進(jìn)行研究。天鵝座X-1是我們已知的最早被確認(rèn)的黑洞，物理學(xué)家基普索恩和霍金就曾經(jīng)為它究竟是不是黑洞而打過(guò)一個(gè)賭。我們現(xiàn)在知道，它是一個(gè)黑洞，并且與一顆大質(zhì)量恒星形成雙星系統(tǒng)。這一黑洞的引力場(chǎng)強(qiáng)大到能從伴星上剝離物質(zhì)，形成一個(gè)圍繞黑洞的吸積盤(pán)。

在整個(gè)研究中，我們對(duì)天鵝座X-1的距離和質(zhì)量以及黑洞的自旋進(jìn)行了精確測(cè)量。自旋是黑洞的重要特性，它反映了黑洞的旋轉(zhuǎn)速度。通過(guò)分析黑洞周?chē)e盤(pán)發(fā)出的X射線輻射，我們得以測(cè)量天鵝座X-1的自旋速率，揭示了這個(gè)黑洞的“旋轉(zhuǎn)”奧秘。這些研究不僅深化了我們對(duì)恒星級(jí)黑洞的理解，也為進(jìn)一步探索更大質(zhì)量的黑洞提供了參考。

與恒星級(jí)黑洞不同，原初黑洞并不是由恒星演化形成的。它們的起源可以追溯到宇宙誕生之初。在宇宙大爆炸后的一瞬間，量子漲落引發(fā)的局部重力坍縮，催生了原初黑洞。

原初黑洞的質(zhì)量變化范圍非常大，可以輕到只有氫原子大小（大約10^-24克），也可以重到超過(guò)太陽(yáng)質(zhì)量的上億倍。

目前為止，原初黑洞的存在仍然是一個(gè)假說(shuō)，但越來(lái)越多的科學(xué)家被質(zhì)量較小的原初黑洞研究所吸引，因?yàn)樗鼈兛赡苁前滴镔|(zhì)的候選者。暗物質(zhì)占據(jù)了宇宙中大部分的質(zhì)量，卻從未被直接探測(cè)到。相比較正常物質(zhì)而言，原初黑洞由于其相對(duì)更小的體積，幾乎不會(huì)與普通物質(zhì)發(fā)生碰撞進(jìn)而引發(fā)相互作用，因此難以被傳統(tǒng)方法探測(cè)到，但它們的引力效應(yīng)卻可能揭示其蹤跡。

近年來(lái)，科學(xué)家們提出了幾種新的原初黑洞探測(cè)方法。例如，研究人員提出可以通過(guò)精確測(cè)量火星和其他行星的軌道來(lái)尋找原初黑洞的痕跡。當(dāng)一個(gè)原初黑洞接近行星時(shí)，它強(qiáng)大的引力會(huì)引起行星軌道的微小擺動(dòng)。雖然這些擺動(dòng)極為微小，但它們是可以被現(xiàn)代精密的天文儀器檢測(cè)到的。

此外，科學(xué)家還試圖通過(guò)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，如GPS系統(tǒng)，來(lái)探測(cè)原初黑洞的存在。如果一個(gè)小行星質(zhì)量的原初黑洞在數(shù)千公里的范圍內(nèi)掠過(guò)地球，它對(duì)衛(wèi)星軌道的影響雖然微乎其微，但這些變化可以被長(zhǎng)時(shí)間累積的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。類(lèi)似的研究思路為原初黑洞的探測(cè)提供了全新的可能性。

說(shuō)到原初黑洞，這使我想起來(lái)，我還曾經(jīng)參與了中國(guó)科技館的一個(gè)科技小短片《熊貓傳奇——黑洞之吻》，影片就將原初黑洞融入到了故事情節(jié)中。影片中描述了一只聰明的小熊貓意外發(fā)現(xiàn)了一個(gè)原初黑洞，它正以極快的速度接近地球。所幸的是，這個(gè)原初黑洞并沒(méi)有對(duì)地球造成實(shí)際威脅，而是像一位短暫造訪的“幽靈”，在宇宙中無(wú)聲無(wú)息地消失了。

《熊貓傳奇》不僅是一次藝術(shù)創(chuàng)作，更是我對(duì)原初黑洞這一科學(xué)概念的探索和思考。我希望通過(guò)這個(gè)小短片讓更多人了解這種神秘的天體，也希望激發(fā)觀眾對(duì)宇宙未知領(lǐng)域的好奇心。

原初黑洞的研究仍然在不斷發(fā)展。隨著未來(lái)天文觀測(cè)技術(shù)的提升，我們或許能夠更好地揭示它們的存在。無(wú)論是通過(guò)引力波探測(cè)、行星軌道的精密測(cè)量，還是宇宙微波背景輻射的分析，科學(xué)家們都在努力尋找原初黑洞的蹤跡。它們可能是解開(kāi)暗物質(zhì)之謎的鑰匙，也可能是我們理解宇宙起源和演化的重要線索。

在探索宇宙的道路上，原初黑洞的研究無(wú)疑為我們打開(kāi)了一個(gè)新的窗口。正如天鵝座X-1帶給我們對(duì)恒星級(jí)黑洞的新認(rèn)知一樣，原初黑洞的研究將繼續(xù)拓展我們對(duì)宇宙的理解。在科學(xué)的無(wú)盡疆域中，每一個(gè)發(fā)現(xiàn)都像是撥開(kāi)了神秘面紗的一角，等待著我們?nèi)ソ沂颈澈蟮膴W秘。