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原作：Chandrachur Chakraborty

翻譯：劉明睿

校對(duì)：DAIKIN

編排：朱宸宇

后臺(tái)：朱宸宇

原文鏈接：https://phys.org/news/2025-05-black-holes-stars-silently.html

在人們的印象里，黑洞的形成是一場(chǎng)驚天動(dòng)地的宇宙奇觀：一顆恒星在生命的盡頭猛烈爆炸，其殘骸在自身的重力下坍塌，最終化為貪婪吞噬周身萬(wàn)物的饕餮巨獸。但有沒(méi)有一種可能，黑洞并不總是來(lái)得如此聲勢(shì)浩大？有沒(méi)有可能，在無(wú)人留意的角落，某些看似尋常的恒星內(nèi)部，正有一顆黑洞在悄悄生長(zhǎng)？

一篇近日發(fā)表在《物理評(píng)論D》上的研究提出的這一猜想，比我們對(duì)黑洞最天馬行空的想象還要神奇。

1

“袖珍”黑洞之謎

The mystery of tiny black holes

近年來(lái)，對(duì)引力波的探測(cè)暗示我們的宇宙中不乏與太陽(yáng)質(zhì)量相近的黑洞。但這一結(jié)果有些匪夷所思。現(xiàn)有的天體物理學(xué)模型表明，類(lèi)似太陽(yáng)的小質(zhì)量恒星根本無(wú)法坍縮形成黑洞。那么這些“迷你”黑洞到底從何而來(lái)？

有一種理論認(rèn)為，這些令人困惑的物體可能是由神秘的暗物質(zhì)形成的。對(duì)這種物質(zhì)，我們?nèi)灾跎佟Ｋ鼈儫o(wú)法被直接觀測(cè)，卻又在宇宙間無(wú)處不在，用自身的引力悄然塑造著星系乃至更大尺度的結(jié)構(gòu)。有些學(xué)者相信，恒星能夠緩慢的將暗物質(zhì)吸納入內(nèi)部。要是等上足夠長(zhǎng)的時(shí)間，在恒星內(nèi)部聚集起的暗物質(zhì)可能會(huì)引發(fā)一場(chǎng)小型的坍縮，從而在恒星中心形成一顆微型的黑洞。但從外部觀察，這顆恒星看上去將不會(huì)有任何異常。

黑洞在恒星內(nèi)部形成后，便會(huì)開(kāi)始吸收周?chē)奈镔|(zhì)而不斷生長(zhǎng)。但具體的過(guò)程取決于這顆恒星本身的性質(zhì)。恒星的種類(lèi)，以及它的自轉(zhuǎn)，將會(huì)顯著影響黑洞的生長(zhǎng)和最終的形態(tài)。

一個(gè)在恒星內(nèi)部的黑洞想象圖。AI生成

2

白矮星：三相命運(yùn)

White dwarfs: Three fates hidden in the core

白矮星是類(lèi)太陽(yáng)恒星演化的終點(diǎn)，這些恒星失去了外部包層后剩下致密核心。它們通常和地球大小相當(dāng)，但質(zhì)量卻和太陽(yáng)不相上下。在電子簡(jiǎn)并壓力——一種量子力學(xué)現(xiàn)象——的支撐下，這些恒星殘骸不會(huì)繼續(xù)向內(nèi)坍縮，但若是有一顆黑洞已經(jīng)在白矮星的內(nèi)部形成，那么事情就將變得微妙起來(lái)。

在這種情況下，白矮星的自轉(zhuǎn)速度將成為整個(gè)過(guò)程的決定性因素。可能的情況大致有三種：

? 如果自轉(zhuǎn)較慢，白矮星內(nèi)部缺乏角動(dòng)量的物質(zhì)將無(wú)法作太多抵抗就落入黑洞之中。于是這顆黑洞便能靠著源源不斷的恒星物質(zhì)供應(yīng)穩(wěn)定生長(zhǎng)，直至最終將整個(gè)恒星納入腹中。

? 如果自轉(zhuǎn)速度適中，黑洞的坍縮可能會(huì)比事件視界的形成更快。這將導(dǎo)致黑洞暴露在視界之外，即所謂的“裸奇點(diǎn)”。這種物體的存在是對(duì)現(xiàn)行物理學(xué)的挑戰(zhàn)。它為研究近似太陽(yáng)質(zhì)量裸奇點(diǎn)開(kāi)辟了一條新途徑，并有可能揭示引力作用的更深層機(jī)制。

? 如果自轉(zhuǎn)很快，黑洞的生長(zhǎng)將大為放緩。白矮星的自轉(zhuǎn)及內(nèi)部物質(zhì)流動(dòng)導(dǎo)致的粘性阻力會(huì)阻礙黑洞吸收恒星物質(zhì)，并在黑洞兩極形成漏洞狀的地帶，使得整顆恒星無(wú)法都向著黑洞坍縮。這時(shí)的黑洞成了一只 “寄生蟲(chóng)”，隱匿于白矮星的中心，無(wú)聲無(wú)息從宿主的軀體中攫取養(yǎng)分。表面上看，這顆白矮星一切正常，但其內(nèi)部已然在逐漸腐化。

展示白矮星內(nèi)部寄生黑洞吸積受阻情況的示意圖。

圖片來(lái)源：H. A. Adarsha

3

中子星：通向黑洞的單程票

Neutron stars: The one-way path to a black hole

中子星是比白矮星密度更大的星體，區(qū)區(qū)一勺子中子星物質(zhì)就能高達(dá)十億噸之重。一顆中子星的半徑通常在十公里左右，但質(zhì)量卻甚于太陽(yáng)。如果黑洞在高速自轉(zhuǎn)的中子星內(nèi)部形成，那么它的結(jié)局便已注定。黑洞將迅猛生長(zhǎng)，在短短一天里就能從內(nèi)由外掏空中子星的內(nèi)部，甚至來(lái)不及讓它為宇宙留下一聲寂寥的嘆息。

4

大隱隱于市

Hidden in plain sight

這些隱秘的黑洞很可能正藏身于正常恒星的內(nèi)部，靜悄悄地生長(zhǎng)著。也許有一天，它們會(huì)不慎露出馬腳：奇特的引力特征，恒星不尋常的冷卻，或是雙星系統(tǒng)軌道突如其來(lái)的變化，都有可能是指向這些潛伏黑洞的線索。但在那之前，一些黑洞能在宿主體內(nèi)潛伏長(zhǎng)達(dá)幾十億年之久，直至這些恒星生命的盡頭；另一些則會(huì)提前露出獠牙，將宿主囫圇吞下，作為獨(dú)立形成的黑洞取代這些倒霉的恒星。

在銀河系中心橄欖球狀的核球區(qū)域內(nèi)，據(jù)說(shuō)有大量的暗物質(zhì)聚集。如果近似太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞和裸奇點(diǎn)果真源自暗物質(zhì)在白矮星內(nèi)部的作用，那么在此處應(yīng)當(dāng)能探測(cè)到這些奇異的物體。所謂的“混合恒星”，即寄宿著微型黑洞的白矮星，也理應(yīng)存在于此。

5

于無(wú)聲處聽(tīng)驚雷

Listening to the silence

上述的想法不僅重新詮釋了恒星的生命歷程，更為暗物質(zhì)的探測(cè)提供了新線索。若是這些潛匿的黑洞確實(shí)存在，它們便是了解暗物質(zhì)在恒星內(nèi)部特性的天然探測(cè)器。同時(shí)，如果裸奇點(diǎn)也當(dāng)真由這種方式誕生，這便意味著廣義相對(duì)論的一大基礎(chǔ)原則“宇宙監(jiān)督假設(shè)”也將受到挑戰(zhàn)。

所以當(dāng)你再次仰望夜空時(shí)，不妨提醒自己，不是每顆星星都如它們看起來(lái)那般璀璨亮麗。在那光彩奪目的外表下，也許潛藏著攝人心魄的秘密，乃至連光也無(wú)法逃離的深邃黑暗。

責(zé)任編輯：DAIKIN

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紅外和可見(jiàn)光下的獵戶座星云

Image Credit & Copyright: Infrared: NASA, Spitzer Space Telescope; Visible: Oliver Czernetz, Siding Spring Obs.

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