我們如何探測原子大小的原始黑洞？

來源：骨軟筋酥網編輯：焦點時間：2025-12-06 19:47:46

藝術家繪制的NGC 6397星系中心小黑洞的聚集。Credit: ESA/Hubble,原大原始 N. Bartmann., CC BY-SA
（神秘的地球uux.cn）據美國物理學家組織網（by Oscar del Barco Novillo, The Conversation）：愛因斯坦的廣義相對論中最有趣的預言之一是黑洞的存在:引力場如此強大的天文物體，甚至連光都無法逃離它們。黑洞太原外圍上門（太原外圍預約）微信156-8194-*7106提供高端外圍上門真實靠譜快速安排不收定金見人滿意付款
當足夠大質量的探測恒星耗盡燃料時，它會爆炸，原大原始剩余的黑洞核心會坍縮，導致恒星黑洞的探測形成(從3到100個太陽質量不等)。
超大質量黑洞也存在于大多數星系的原大原始中心。這些是黑洞最大類型的黑洞，質量比我們的探測太陽大十萬到一百億倍。
到目前為止，原大原始太原外圍上門（太原外圍預約）微信156-8194-*7106提供高端外圍上門真實靠譜快速安排不收定金見人滿意付款天文學家已經捕捉到了兩個超大質量黑洞的黑洞圖像:一個在星系M87的中心，最近的探測一個在我們的銀河系(人馬座A*)。
但人們認為存在另一種黑洞——原始黑洞(PBHs)。原大原始這些黑洞與其他黑洞有著不同的黑洞起源，它們是在早期宇宙中通過密度極高區域的引力坍縮而形成的。
理論上，這些原始黑洞可以擁有任何質量，大小可以從一個亞原子粒子到幾百公里。例如，質量相當于珠穆朗瑪峰的PBH可能只有一個原子大小。
這些微小的黑洞比它們的大質量黑洞以更快的速度失去質量，發出所謂的霍金輻射，直到它們最終蒸發。
到目前為止，天文學家還未能觀測到PBHs。這是一個正在進行的研究課題，因為假設這些超致密物體可能是長期尋找的宇宙暗物質的一部分。
在最近的一份出版物中，提出了一種探測原子大小的原始黑洞的替代方案。在這項研究中，研究了這些微小黑洞之一與宇宙中密度最大的物體之一(中子星)之間相互作用的特征信號。
在開始這個新的天體物理模型之前，讓我們先來評論一下這些迷人恒星的主要特征。
宇宙中密度最大的物體之一
如前所述，當大質量恒星耗盡燃料時，它會爆炸，其核心會坍塌，從而產生恒星黑洞。應該強調的是，并不是所有的情況都是如此:例如，如果坍縮核心的質量小于大約三個太陽質量，就會形成中子星。
我們如何探測原子大小的原始黑洞？

一個孤立的原始黑洞的再造。Credit: NASA/ESA and G. Bacon (STScI)
這些都是非常小且密度極高的物體。例如，假設一顆質量為1.5倍太陽質量的恒星被壓縮成一個直徑只有20公里(相當于曼哈頓島大小)的球體。
中子星的密度非常高:一湯匙的恒星物質會重達數百萬噸！
最年輕的中子星屬于被稱為脈沖星的子類，它們以極高的速度旋轉(甚至比廚房攪拌器還快)。這些脈沖星以窄波束的形式發出輻射，周期性地到達地球。
隨著時間的推移，這些物體冷卻下來，失去了旋轉速度，難以探測(只有最活躍的脈沖星被觀測到)。
原子大小的PBH與中子星的相互作用
原始黑洞可能位于暗物質密度非常高的星系區域。因此，它們可以漫游宇宙(以不同的速度和方向移動)，并最終與其他天文物體(如黑洞或中子星)相互作用。
從這個意義上說，一個原子大小的PBH可能會遇到一顆古老的中子星(它的溫度非常低，幾乎失去了所有的旋轉速度)。根據最近的研究，這些相遇的頻率大約是每年20次。然而，這些相互作用中的大部分將很難觀察到(由于距離地球的巨大距離和適當的方向)。
考慮兩種可能的情況:第一，當PBH被中子星捕獲時，第二，當微小的黑洞從遠距離進入，繞過NS，然后再次向外移動到“無限遠”(即散射事件)。根據特定的軌道(捕獲或散射),會產生一個獨特的信號。
上述信號被稱為伽馬射線爆發(GRB)，可能是宇宙中最活躍的事件之一。
一種特殊的GRB
這些高能瞬態輻射持續數毫秒至數小時，其來源位于距離地球數十億光年的地方。大量的能量以非常窄的光束形式釋放出來。
較短的伽瑪暴是由中子星或黑洞合并引起的，而較長的爆發源于大質量恒星(所謂的超新星)的死亡。
在我們這個特殊的例子中，GRB持續了大約35秒，有一個非常特殊的條件:一個平穩而持續的發射，然后在僅僅百分之幾秒的時間里突然而快速地下降。
原子大小的PBH探測:一項不可能的任務？
考慮到尋找如此微小的黑洞的復雜性，這不是一個容易回答的問題。
盡管如此，如果這樣一個特定的GRB被現代望遠鏡測量到(并且與這項研究中報告的特定特征相匹配)，那么可以認為在早期宇宙中發生了一次古老的PBH-中子星相互作用。
換句話說，它將提供這種低質量原始黑洞的實驗證據，這是斯蒂芬·霍金的基本預測之一。
這不是一項容易的任務(也許，這樣的伽瑪暴可能永遠不會被發現)，但我們不能完全排除這種可能性:只有時間會告訴我們。

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