快看宇宙 138億年未蒸發？迷你黑洞藏在何處？它們可能困住人類星際夢想

若人類探測器首次衝出銀河系時 突然被一個比質子還小 質量卻堪比成年犀牛的隱形殺手撞毀 災難的元兇會是什麼? 這聽起來像科幻電影的場景 或許正指向宇宙中最神祕的存在之一 原初黑洞 它們可能藏在銀河邊緣 而我們或許剛找到它們真實存在的證據 什麼是原初黑洞? 它們從何而來? 人類需要擔心嗎? 這裡是快看宇宙第320期 讓我們觀星河璀璨 探宇宙奧祕 長期以來 這種迷你黑洞 我們可以稱之為犀牛黑洞 因為質量和成年犀牛相當 被認為不可能存在 直到20世紀60年代 人類只知曉一種形成黑洞的方式 恆星坍縮 一顆質量達到太陽20倍級以上的恆星 燃料耗盡後 會發生超新星爆發 爆發後的物質向內坍縮 最終形成密度極高的天體 連光都無法掙脫其引力束縛 也就是黑洞 這類由恆星形成的黑洞 我們稱之為恆星級黑洞 並非所有恆星都會演化成黑洞 質量小於太陽20倍的恆星 即便發生超新星爆發 坍縮力量也不足以形成黑洞 最終會變成中子星 一種體積微小 密度極高 幾乎全由中子構成的天體 而質量小於8倍太陽質量的恆星 根本不會發生超新星爆發 因此 恆星級黑洞的誕生質量 有明確極限 最大不會超過最大恆星的質量 可能達到太陽的數百倍 最小也有太陽的數倍 既然恆星級黑洞有質量下限 為何我們會認為 更小的黑洞可能存在 答案盡藏在更大的宇宙怪物身上 超大質量黑洞 如今我們已經知曉 幾乎每個大型星系的中心都存在黑洞 質量能達到太陽的數十萬到數十億倍 20世紀60年代 人類開始探索巨型天體 1963年 首個類星體被發現 是一種高亮度高紅移的星系中心 它的發現 開啟了長達約十年的黑洞研究黃金時代 1971年 科學家首次預言 星系中心可能存在大質量黑洞 隨著觀測證據不斷積累 人們意識到 這些天體的質量超乎想像 但一個關鍵問題始終困擾著科學界 它們是如何形成的 理論上 恆星級黑洞可能通過吞噬物質不斷增長 最終形成超大質量黑洞 但在觀測到越來越多早期宇宙的超大質量黑洞後 逐漸站不住腳 人類觀測到的宇宙圖像越來越遙遠 其中出現的超大質量黑洞 所處年代距離宇宙大爆炸越來越近 恆星級黑洞根本沒有足夠時間增長到如此巨大的質量 直到詹姆斯 微薄太空望遠鏡出現 謎題有了新的突破 該望遠鏡於2021年12月25日發射 2022年正式啟用 觀測距離和精度遠超以往任何望遠鏡 能捕捉到宇宙誕生初期的恆星光線 微薄望遠鏡沒有讓人失望 它觀測到的小紅點 代表著宇宙大爆炸後 僅五億年就存在的星系 都帶有超大質量黑洞 科學家意識到 這麼短的時間內 恆星級黑洞根本無法成長為如此巨大的天體 除非它們吞噬物質的速度突破物理定律限制 儘管有研究表明黑洞可能突破吞噬速度極限 但不少科學家對此持懷疑態度 於是另一種理論應運而生 而微薄望遠鏡的最新發現 或許恰好證實了理論的正確性 形成黑洞的關鍵在於密度 當物質密度足夠高 其局部引力會突破臨界點 脫離該天體需要的速度將超過光速 是宇宙極限 因此任何物質都無法掙脫 黑洞就此形成 若能突破引力束縛 人類就能觀測到 黑洞內部扭曲物理定律的極端環境 但在目前完全不可能實現 形成黑洞需要巨大能量 既要克服阻止電子 致子靠近的電磁力 還要突破中子減併壓 這是一種量子力學力 禁止兩個中子佔據同一空間 中子星的密度不足以突破中子減併壓 但即便如此 一勺中子星物質的質量 就相當於中木朗瑪峯 超過9000億噸 要形成黑洞 需要把中木朗瑪峯那麼大的質量 壓縮到一茶匙大小 甚至更小 實際上 得把中木朗瑪峯壓縮到 比原子小1000多倍的空間 才能形成黑洞 在如今的宇宙中 只有超新星爆發時的恆星坍縮 能產生如此強大的力量 但回溯到宇宙誕生初期 情況並非如此 讓我們回到宇宙大爆炸後的第一秒內 當時宇宙處於高溫 緻密的粒子湯狀態 曾短暫存在過 足以形成黑洞的高壓環境 而且當時的物質分佈 並不完全均勻 存在密度較高和較低的區域 科學家認為 在那些密度極高的區域 原始物質可能直接坍縮 形成黑洞 完全跳過恆星演化階段 這種黑洞 被稱為原初黑洞 而概念並非新提出 1966年 雅科夫、澤爾多維奇和伊戈爾 洛維科夫 就首次預言了它們的存在 原初黑洞的特別之處在於 它們的形成質量範圍極廣 既可能達到太陽質量的十萬倍 足以解釋 如今觀測到的超大質量黑洞 畢竟它們有數十億年的時間 可以增長 也可能極小 比如原子大小 卻擁有小行星質量的黑洞 或是質子大小 卻堪比犀牛質量的犀牛黑洞 但問題在於 宇宙已經誕生138億年 迷你原初黑洞是否還存在 有兩個關鍵疑問 一是霍金輻射 是斯蒂芬、霍金提出的理論 認為黑洞會發射出 極長波長的輻射 在漫長時間裡逐漸縮小 根據理論 如今所有迷你黑洞 都應該已經蒸發殆盡 二是人類從未證實 原初黑洞的存在 也從未觀測到 黑洞從星際塵埃中直接誕生 至少在最近之前是這樣 2025年7月 美國國家航空航天局公佈 微薄望遠鏡觀測到 兩個早期盤狀星系 它們似乎正處於碰撞過程中 奇怪的是 在兩個星系之間 並非任何一個星系中心位置 存在超大質量黑洞 黑洞沒有從任何星系中 被拋出 兩個星系本身都有自己的超大質量黑洞 這一現象 無法用現有理論解釋 發現該黑洞的研究團隊提出 它可能由氣體雲 直接坍縮形成 無獨有偶 微薄望遠鏡觀測到的 另一個超大質量黑洞 也有異常特徵 PoSO1位於一個體積極小的星系中 科學家通過光譜分析 發現 星系的重元素含量極低 重元素指的是除氫和氦以外的元素 其中氧含量 不足銀河系的1% 因此被研究人員稱為 早期宇宙中化學演化 最不完全的系統之一 重元素通常由恆星 在早期世代中產生 PoSO1所在星系缺乏重元素 說明幾乎沒有發生過 這一有力證據表明 PoSO1並非由恆星坍縮形成 雖然兩個案例並非確鑿證據 但它們都為早期宇宙 可能形成元初黑洞 提供了支撐 甚至可能解釋 所有超大質量黑洞的起源 如果結論成立 那麼迷你元初黑洞 曾經存在的可能性也極大 按照霍金輻射理論 迷你元初黑洞應該早已蒸發殆盡 但有新理論提出了不同觀點 天文學界一直存在一個難題 觀測到的宇宙引力拉力 遠大於已知物質能產生的引力 科學家推斷 星系內部或周圍的巨大運輪中 存在額外物質 無法直接觀測 因此被稱為暗物質 而黑洞 尤其是沒有吸積盤 由星際物質直接形成的黑洞 同樣擁有巨大質量 且很難觀測到 科學家早已探討過 暗物質是否為黑洞的可能性 幸運的是 沒有證據表明銀河系周圍存在 大型黑洞 如果存在 恆星會像保齡球瓶一樣被撞飛 我們也能通過引力透鏡效應 觀測到後方恆星光線的異常扭曲 但實際觀測中 並未發現這類現象 但迷你黑洞 也就是我們所說的犀牛黑洞 很難通過上述兩種方式探測到 目前沒有證據證明它們不存在 唯一的質疑 就是霍金輻射導致它們蒸發殆盡 不過 2024年4月 發表在皇家天文學會約報上的一項研究發現 在極小尺度下 霍金輻射可能會大幅減慢 甚至幾乎停止 這說明迷你黑洞 可能不斷縮小 最終停止蒸發 如果理論成立 那麼犀牛黑洞或許依然存在於宇宙中 很多人認為 暗物質以巨大暈輪的形式 環繞銀河系 但若這些暗物質其實是無數的犀牛黑洞呢 宇宙中可能存在 數百萬 數千萬個迷你黑洞 形成一片無形且致命的黑洞雷區 如果人類未來 嘗試衝出銀河系 探索其他星系 就可能遭遇它們 我們或許正被牢籠困住 卻對此一無所知 太空探索本身就充滿危險 但想到我們 駛向宇宙深處時 可能正與一個質量堪比犀牛 體積卻只有微觀尺度的 迷你黑洞迎面相撞 仍令人不寒而慄 或許有一天 黑洞正朝著地球飛馳而來 我們當然希望理論不成立 又或者 人類應該放棄衝出銀河系的想法 安心留在地球 當人類的探索野心 遇上宇宙的未知暗面 我們究竟該勇往直前 還是謹慎止步