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在浩瀚的宇宙空间中存在着一种强大的天体,我们称之为黑洞。
常见的黑洞多为恒星产生,当一颗恒星走到生命的末期,会在自身的引力作用下向中心坍缩,进而形成三种类型的新天体。质量相对较小的恒星,比如像太阳这样的,就会坍缩为一颗白矮星。当一颗恒星的质量超过了钱德拉塞卡极限,也就是1.44倍太阳质量,它将会通过一场极为剧烈的天体活动坍缩为一颗中子星。最后一种就是黑洞了,怎样才能成为一个黑洞呢?要坍缩为黑洞,恒星核心必须足够重才行。
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一般来讲,恒星要想演化为黑洞,恒星前身核心质量必须要超过奥本海默极限,大约是太阳质量的三倍左右。
这就是为什么我们发现和探测到的黑洞都没有太小的原因。不过写并不是说宇宙中就没有小质量的黑洞存在,只是那些小质量的黑洞并不是由恒星演化而来的,它们通常诞生于宇宙形成之初,所以我们将其称为“原初黑洞”。在宇宙大爆炸还不到1秒的时间里,整个宇宙还没有形成任何宏观物质,只有一片滚烫致密的粒子汤,甚至连质子和中子都还没有形成。
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就是在这一阶段,宇宙发生了一次关键的相变,科学家将其称为“量子色动力学相变”。
通俗一点来讲,就是夸克和胶子突然报团,形成了质子和中子,这一瞬间,宇宙的状态方程被改变了。由于密度分布出现了剧烈波动,一些密度明显比周围高的区域在自身引力的作用下发生了坍缩,直接形成了黑洞。这些原初黑洞与由恒星演化而来的黑洞有显著区别,它们没有固定的质量限制,可以很小,小到如同小行星一般。也可以很大,大到足以主导一个星系的运行,也就是我们常说的超大质量黑洞。
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一直以来人类对于黑洞的探测和发现都只局限于由恒星演化而来的,至于原初黑洞,基本没有,但这一点在2025年底迎来了转机。
2025年11月12日,地球引力波探测器LIGO和室女座探测器,同时捕捉到了一阵时空涟漪,这是一个来自于约3亿光年外的引力波信号,它来自两个致密天体的合并,后来这一事件被编号为S251112cm。此次合并事件与以往都不相同,天文学家测算发现,这个系统的核心质量指标在0.1至0.87个太阳之间,其中至少有一个天体的质量是小于太阳的。
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比太阳质量还小,那这一定不是由恒星演化而来的黑洞,难道是原初黑洞?
这是一个让科学家们无比兴奋的问题,但在给出肯定的回答之前,还必须要考虑其他的可能性。合并事件就一定是黑洞吗?会不会是两颗中子星?这种可能性应该不大,因为中子星合并通常会伴随有明亮的电磁信号,而该事件却没有明显的电磁对应体。
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最终,研究团队针对这一事件进行了定量分析,验证了该信号与量子色动力学时期形成的原初黑洞模型具有一致性。
为什么发现原初黑洞会令科学家们如此兴奋呢?因为关于原初黑洞的研究有助于破解暗物质迷题,如果原初黑洞在宇宙中大量存在,宇宙中的暗物质就完全可以得到解释。因为哪怕按最保守的统计结果,原初黑洞至少也占据了宇宙暗物质总量的4%。如果更改模型的基准值,在研究的质量范围内,原初黑洞占暗物质的比重甚至可以提升到33.9%。
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