宇宙中最古老的黑洞可能正悄悄吞噬恒星

你能想象一种比原子还小的黑洞吗？这些微型黑洞可能是宇宙中最古老的物体，它们可能在大爆炸后的第一秒就诞生了。而且，它们可能不是孤独地存在于宇宙的角落，而是潜伏在一些恒星的内部，慢慢地吞噬它们。

新的研究表明，从时间的黎明开始就存在的原子大小的黑洞可能正在从内部吞噬恒星：一小部分原初黑洞在大爆炸后的瞬间以极快的速度穿越宇宙，可能被恒星捕获——这些古老的黑洞可能至今仍潜伏在这些恒星的心脏里，新的研究理论推测。

探测这些假设的黑洞——它们是在宇宙诞生后的第一秒内形成的热的、密集的物质团块，它们坍缩成黑洞——可能有助于确定关于早期宇宙和黑洞形成的理论。然而，找到那一小部分设法抓住一个快速移动的黑洞的恒星，也面临着一些挑战，研究作者说。

“我们认为，如果原初黑洞存在的话，它们通常应该以极快的速度穿越银河系，”研究的主要作者、德国马克斯·普朗克天体物理学研究所的天体物理学家厄尔·贝林格在一封电子邮件中说。“如果它们遇到一颗恒星，那么它们很可能就像一颗子弹一样穿过恒星。然而，这些黑洞中的一小部分，那些移动缓慢的黑洞，有机会被恒星捕获。如果它们被捕获了，我们认为我们可能能够找到它们。”

根据贝林格和他的同事们在《天体物理学杂志》发表的一篇论文中讨论的这一理论，如果这些理论上的微型黑洞被恒星捕获，会发生两件事。

“第一种可能性是，黑洞太小，以至于对恒星没有任何影响，”贝林格说。“非常低质量的黑洞即使嵌入了恒星内部的无限食物自助餐，也无法在宇宙的寿命内将它们的质量增加一倍。

“第二种可能性是，黑洞足够大，能够通过吞噬恒星有效地增长，”贝林格补充说。原初黑洞被假设具有低至纸夹质量的10万分之一的质量，但更大的例子——接近小行星或矮行星的质量——仍然可以在捕获它们的恒星中产生可见的效果，因为黑洞在数百万年的时间里贪婪地消耗恒星物质。在这种“黑洞食人”的情况下，正如贝林格所说的，原初黑洞会从内部吞噬恒星，导致恒星的核心搅动并释放出额外的能量。这会使恒星膨胀成红巨星，但不会像太阳这样的恒星在核心耗尽提供核聚变的氢时发生的那样升高温度。这些冷却的红巨星被称为“红滞后星”。

红滞后星是一种罕见的恒星类型，它们的表面温度比一般的红巨星低，但却比一般的红巨星更亮。它们的名字来源于它们在赫罗图上的位置，它们比一般的红巨星滞后于主序带。红滞后星的形成机制还不清楚，有几种可能的解释，其中之一就是本文讨论的霍金星假说。

霍金星是一种假想的恒星，它的核心是一个微型黑洞，而不是一个核反应堆。这种黑洞会释放出一种称为霍金辐射的热量，从而为恒星提供能量。霍金辐射是由于量子效应导致的黑洞蒸发现象，它使得黑洞不是完全黑暗的，而是能够发出一些粒子和辐射。

根据这一假说，红滞后星的核心是一个原初黑洞，它通过霍金辐射为恒星提供能量，使得恒星膨胀并降低温度。

红滞后星的观测很困难，因为它们很少见，而且很难与其他类型的恒星区分。目前，天文学家已经发现了大约500颗红滞后星，它们大多数位于球状星团中。球状星团是由数十万到数百万颗恒星组成的密集球形结构，它们是宇宙中最古老的恒星群体之一，它们的年龄可能与宇宙的年龄相当。 球状星团中的恒星密度很高，因此恒星之间的相互作用也很频繁，这可能会影响恒星的演化和运动。一些研究人员认为，球状星团中的原初黑洞可能会通过恒星之间的碰撞或合并而被捕获，从而形成霍金星。

红滞后星的研究对于理解恒星演化、原初黑洞和早期宇宙的性质都有重要意义。如果能够证实霍金星的存在，那么它们将是观测原初黑洞的最佳候选者之一。原初黑洞是一种假想的黑洞，它们不是由恒星坍缩而成，而是由大爆炸后的第一秒内形成的高密度物质区域而成。它们的质量可能从纸夹的10万分之一到小行星或矮行星的大小不等。 原初黑洞的存在与宇宙的暗物质、引力波和宇宙微波背景辐射等现象都有关联。

通过观察红滞后星的脉动和振动，天文学家可能能够确定这种吞食过程是否仍在这些恒星内部进行。恒星的脉动和振动是由于恒星内部的物理过程而引起的周期性的亮度和尺寸的变化，它们可以反映出恒星的结构和演化的信息。

如果红滞后星的核心是一个黑洞，那么它们的脉动和振动可能与一般的红巨星有所不同，因为黑洞会改变恒星的能量平衡和物质流动。贝林格和他的同事们正在利用一种称为星震学的方法来分析红滞后星的脉动和振动，星震学是一种利用恒星的振动来研究恒星内部结构的技术。

该团队已经确定，这些红滞后星是潜在的“霍金星”候选者，或者是由核心有小黑洞的恒星提供动力，正如传奇物理学家斯蒂芬·霍金在1971年的一篇论文中首次提出的那样。

黑洞存在于霍金星的心脏，可以解释为什么，尽管科学家对恒星演化有很好的把握，但红滞后星的演化路径却很难描绘。通过观察红滞后星的脉动和振动，天文学家可能能够确定这种吞食过程是否仍在这些恒星内部进行。

如果原初黑洞确实存在，它们可能遍布宇宙——包括我们自己的宇宙邻域，研究人员补充说。这些物体的高速度和极小的尺寸可能解释了为什么它们迄今为止一直逃避科学家的发现。“首先，找到一个黑洞就很难，而且一个典型的黑洞的质量是我们太阳的几倍。现在我们说的是一个有小行星质量和氢原子大小的黑洞！”贝林格说。“我们认为大多数原初黑洞会在恒星之外，漫游银河系。平均来说，可能在任何时候都会有一个在太阳系内。”

该团队现在打算进一步研究黑洞如何从内部吞噬恒星，并利用这些信息来观察他们的霍金星候选者的脉动，以确定它们是否可能在核心处拥有黑洞。