神秘的宇宙“黑死病”：能够在行星内核制造黑洞，并将其整个吞掉

它们能够逐渐变大，吞掉整个行星，并将其转化为同等质量的黑洞。

新研究认为，暗物质可能会在如木星般大的行星中心长期积累形成黑洞，最终由内而外地将它们吞噬。

以加州大学河畔分校学者Mehrdad Phoroutan Mehr为首的研究人员搭建了一个新的模型，展示了一种所谓的“超重暗物质粒子”是如何被系外行星俘获，逐渐失去能量，并向这些行星的内核汇合的。进入行星内核的这些暗物质粒子会在那里逐渐积累，并最终坍缩成黑洞。这个黑洞然后便会开始由内而外地吞噬其宿主行星。

这个新理论并不兼容所有黑洞形成机制。假如暗物质粒子如某些模型所展示的那样会互相湮灭，那么它们就也无法通过积累获得足够大的质量坍缩成黑洞。

鉴于暗物质的神秘性，科学家无法确定它究竟是由哪一类粒子组成的。因此在不同的假想中，许多暗物质粒子有着迥然不同的特性。

在这个新的模型中，能够聚集在一起变成黑洞的暗物质粒子必须具有非常大的质量。而这就排除了当前最流行的一位候选者——轴子。因为轴子的质量非常小。

研究人员称，只有当暗物质粒子拥有足够大的质量，且不会相互湮灭，它们才能最终坍缩成微型黑洞。

已知质量最小的黑洞是所谓的恒星级黑洞。这些黑洞的质量在100倍太阳质量以下。恒星级黑洞是大质量恒星聚变燃料耗尽后，在超新星爆发过程中抛出外壳后坍缩的内核。

这意味着恒星级黑洞的质量取决于制造它们的原始恒星。“钱德拉塞卡极限”决定了质量小于太阳1.4倍的恒星无法成为超新星，因此也无法制造出黑洞或中子星。这些恒星停止聚变后只能成为白矮星。

与此同时，“托尔曼-奥本海默-沃尔科夫极限”定义了中子星所能支撑的最大质量，也定义了哪些恒星的内核能够变成黑洞。“托尔曼-奥本海默-沃尔科夫极限”认为，恒星在抛出外壳后，其内核的质量如果在2.2个太阳至2.9个太阳以上，它将不可避免地变成黑洞；若在此界限以下，则会变成中子星。已知质量最小的黑洞质量大约相当于3.8个太阳，而已知质量最大的中子星质量相当于2.4个太阳。

暗物质若能形成可以由内而外吞噬行星的黑洞，这样的黑洞质量一定会比质量最小的恒星级黑洞小得多。研究人员认为，这一假想中的事件，可以在质量相当于木星的行星内部发生，而木星的质量只有太阳的千分之一。

研究人员认为，在大小、温度、密度各异的气态系外行星内部，黑洞能够在可观测的时间尺度内形成。在单一系外行星的一生中，甚至有可能制造出多个黑洞。这意味着我们可以利用系外行星，来寻找超重暗物质粒子，尤其是在理论上暗物质富集的地方，比如银河系的中心。

在观测中，除了期待目击行星被由内而外地吞噬，恒星级黑洞的形成机制和“托尔曼-奥本海默-沃尔科夫极限”决定了假如我们能够探测到一个质量比太阳还小的黑洞，理论就有望确立。

系外行星的名册日渐增长。到目前为止，人类已经发现了5000颗以上位于太阳系以外的行星。而这些行星中的大部分理论上都可以成为暗物质探测器。

假如真的存在“超重非湮灭暗物质粒子”，被系外行星俘获的它们理论上会导致这些行星产生额外的热或高能辐射。研究人员称，或许当下的设备还不具备探测这些信号的灵敏度，但未来的望远镜和空间任务则完全有可能感知它们。

黑洞（左）和中子星（右）。存在于它们之间的是“托尔曼-奥本海默-沃尔科夫极限”。

NASA / S. Wiessinger / ESA / Gaia / DPAC

参考 Using exoplanets to study dark matter https://news.ucr.edu/articles/2025/08/21/using-exoplanets-study-dark-matter Probing superheavy dark matter with exoplanets https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/qkwt-kd9q