科学家探测到神秘引力波，疑似来自“原初黑洞”

如果属实，便是个大事件。

常规黑洞（左）和“原初黑洞”（右）的合并（想像图）。

Robert Lea

科学家可能首次聆听到了“原初黑洞”产生的引力波。长期以来，“原初黑洞”仅存在于理论上——它们极其迷你，直径可能超不过硬币，甚至比原子还要小。

今年11月12日，一次编号为S251112cm的天体合并事件产生的引力波触发了LIGO-Virgo-KAGRA引力波探测合作项目的自动警报。

科学家发现，这次事件非同寻常。因为在参与此次事件的两个天体中，有一个天体的质量既不符合恒星级黑洞的特征，也不符合中子星特征。它的质量比太阳还小。

恒星级黑洞和中子星都是由濒死大质量恒星内核坍缩而成的。理论上恒星级黑洞的质量下限是太阳的2.5至3倍，而中子星的质量下限大约是太阳的1.17-1.44倍。

但是研究人员发现，触发S251112cm事件的两个天体中，有一个天体的质量只有太阳的0.1-0.87倍。

如果这个信号不是由“噪声”引起的，那么它所隐含的意义极为重大。它表明，这个天体，或这个天体的前身，可能是一个“原初黑洞”。

所谓“原初黑洞（Primordial black holes）”是在第一批恒星形成前就已经存在的黑洞。它们是由大爆炸后最初几秒充满整个宇宙的炽热等离子体汤内那些密度过高的区域转化而来的。

理论上，“原初黑洞”的质量可以是一颗豆子的1/100000，也可以是太阳的100000倍。它们常被称为“非天体物理学黑洞”，因为它们的形成并不需要经历恒星这一阶段。

“原初黑洞”如果真的存在，那么它们一定在宇宙演化过程中扮演过重要角色，甚至它们可能就是宇宙学最大谜团之一——“暗物质”本身。

然而人们针对“原初黑洞”的任何探测尝试都以失败告终。这可能是因为它们在现代宇宙中已经不复存在。

霍金认为，黑洞会通过一种特殊的辐射（亦即“霍金辐射”）损失质量。如果黑洞的质量巨大，那这一过程将十分缓慢——超大质量黑洞的理论寿命可能会比宇宙本身的寿命还长；但是如果黑洞的质量很小，比如“原初黑洞”中质量最小的那一批，那么它们在形成几秒后就会蒸发殆尽。

研究人员表示，不能排除此次事件为误报的可能。通常此类探测的误报率大约为每4年发生1次，而此次事件的误报率大约为每6.2年发生1次。对于普通黑洞或中子星合并事件而言，这样的误报率是被允许的。而对于S251112cm这样的罕见信号来说，难免会引起人们更多的关注。但假如不是误报，该事件便超出了任何已知天体物理学知识的解释能力。

想要寻找与该引力波事件相对应的电磁信号源也堪比大海捞针，现有的引力波探测器只能将信号所在范围缩小到相当于月球直径6000倍的天空区域。

这意味着人们想要分析这一不可思议的天体合并事件，目前手头有的只有它产生的引力波数据。而要据此判断它究竟是否来自“原初黑洞”，除非能够探测到更多类似信号，否则几乎不可能。

参考

Curious gravitational wave may hint at primordial black holes—or just be noise

https://www.science.org/content/article/curious-gravitational-wave-may-be-hint-primordial-black-holes-or-just-noise