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編譯：李遠哲

校對：牧夫天文校對組

后期：李子琦

責任編輯：王啟儒

根據一項新的研究，原初黑洞可能廣泛存在于宇宙之中，并以暗物質的特性存在。

研究表明，在宇宙形成早期，原初黑洞捕獲了大量“暗電子”，這使其壽命遠超普通黑洞。盡管有些匪夷所思，但正是上述過程導致了原初黑洞暗物質的特征。

黑洞擾亂周圍時空的示意圖

時間回溯到二十上世紀七十年代，史蒂芬.霍金指出：黑洞并非“漆黑”一片。由于黑洞接近無限的引力，其附近的真空與一定距離外的真空在密度上相差懸殊，從而事件視界與周圍時空中的量子場之間存在著復雜的相互作用，正質量粒子正從黑洞向外“逃逸/激發”，故而黑洞能夠緩慢但穩定地發出輻射（霍金輻射）。他們可以緩慢但穩定地發出輻射，這使得黑洞會失去自己的質量。黑洞體積越小，輻射越微弱，最終可能以粒子雨與輻射雨的形式消亡。

霍金與霍金輻射

霍金意識到，早期宇宙的奇特環境可能已經使宇宙充斥著原初黑洞，而黑洞代表了時空中極高密度的區域。如果這些原初黑洞足夠小，我們今天應當能夠看到他們的蒸發。

一段時間以來，宇宙學家認為原初黑洞極有可能是一種暗物質，而暗物質則是組成幾乎所有星系質量部分的神秘物質。可惜的是，盡管已有數十年的觀測，我們仍未發現任何原初黑洞蒸發的跡象。

第一張黑洞的照片（2019）

隨著理論物理學家發現暗物質的幾種可能性，有人提出暗物質可能遵循與普通物質截然不同的物理規則：可能存在多種以不同方式作用的暗物質粒子。舉個例子，有別于日常的電子與光子相互作用，可能存在“暗電子”與“暗光子”相互作用——不僅是全新的粒子，甚至還有能躲過我們當前所有的觀測手段 。

圣地亞哥與她的團隊發現，如果暗電子在早期宇宙十分充盈，它們可以一種普通電子辦不到的方式為原初黑洞“充能”。這些充能過的原初黑洞壽命將得到延長，甚至可達宇宙年齡的數倍。這意味著這些黑洞仍存在于當今宇宙之中，且作為暗物質的主要來源。

黑洞的結構（NASA）

嚴格來說，圣地亞哥團隊還發現暗電子自身無需待在原初黑洞周邊的現象。他們僅需在宇宙極早期（也就是在為原初黑洞充能的時候）出場。一旦它們完成了充能，暗電子可以自由自在地去做任何事情——也包括立刻從宇宙中消失。

關鍵在于，原初黑洞可以用足夠的能量去抑制自身衰退并防止自己蒸發。通過引入暗電子和暗光子概念，規避了長期存在的影響。

這也解釋了為何到現在我們還從未觀察到原初黑洞蒸發——僅僅只是因為時辰未到。

我們所知的宇宙絕大部分（85%）由暗物質構成，其余才是日常所見的普通物質。

雖然該假說屬推測，但有意思的是，科研人員還是找到了一種自洽的模型，既能使原初黑洞大量形成，又能讓其通過充能延長壽命，最終數量足以解釋宇宙中已知的暗物質總量。

接下來是驗證這個模型，理想情況下，帶電荷的原初黑洞不可能完美隱藏起來；否則我們就根本沒有希望探測到它們，也就無從完善這一理論了。因此，肯定有某種我們尚未發現的方法，能讓原初黑洞以某種方式被探測到。

這是至關重要的一步。但至少現在我們——哪怕是史蒂芬‘霍金——所能做的也僅是意識到早期宇宙的黑洞遠比我們想象的要復雜。

——The End——

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Einstein cross & blackhole

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