神秘的宇宙“黑死病”：能夠在行星內(nèi)核制造黑洞，并將其整個(gè)吞掉

它們能夠逐漸變大，吞掉整個(gè)行星，并將其轉(zhuǎn)化為同等質(zhì)量的黑洞。

新研究認(rèn)為，暗物質(zhì)可能會(huì)在如木星般大的行星中心長期積累形成黑洞，最終由內(nèi)而外地將它們吞噬。

以加州大學(xué)河畔分校學(xué)者M(jìn)ehrdad Phoroutan Mehr為首的研究人員搭建了一個(gè)新的模型，展示了一種所謂的“超重暗物質(zhì)粒子”是如何被系外行星俘獲，逐漸失去能量，并向這些行星的內(nèi)核匯合的。進(jìn)入行星內(nèi)核的這些暗物質(zhì)粒子會(huì)在那里逐漸積累，并最終坍縮成黑洞。這個(gè)黑洞然后便會(huì)開始由內(nèi)而外地吞噬其宿主行星。

這個(gè)新理論并不兼容所有黑洞形成機(jī)制。假如暗物質(zhì)粒子如某些模型所展示的那樣會(huì)互相湮滅，那么它們就也無法通過積累獲得足夠大的質(zhì)量坍縮成黑洞。

鑒于暗物質(zhì)的神秘性，科學(xué)家無法確定它究竟是由哪一類粒子組成的。因此在不同的假想中，許多暗物質(zhì)粒子有著迥然不同的特性。

在這個(gè)新的模型中，能夠聚集在一起變成黑洞的暗物質(zhì)粒子必須具有非常大的質(zhì)量。而這就排除了當(dāng)前最流行的一位候選者——軸子。因?yàn)檩S子的質(zhì)量非常小。

研究人員稱，只有當(dāng)暗物質(zhì)粒子擁有足夠大的質(zhì)量，且不會(huì)相互湮滅，它們才能最終坍縮成微型黑洞。

已知質(zhì)量最小的黑洞是所謂的恒星級(jí)黑洞。這些黑洞的質(zhì)量在100倍太陽質(zhì)量以下。恒星級(jí)黑洞是大質(zhì)量恒星聚變?nèi)剂虾谋M后，在超新星爆發(fā)過程中拋出外殼后坍縮的內(nèi)核。

這意味著恒星級(jí)黑洞的質(zhì)量取決于制造它們的原始恒星。“錢德拉塞卡極限”決定了質(zhì)量小于太陽1.4倍的恒星無法成為超新星，因此也無法制造出黑洞或中子星。這些恒星停止聚變后只能成為白矮星。

與此同時(shí)，“托爾曼-奧本海默-沃爾科夫極限”定義了中子星所能支撐的最大質(zhì)量，也定義了哪些恒星的內(nèi)核能夠變成黑洞。“托爾曼-奧本海默-沃爾科夫極限”認(rèn)為，恒星在拋出外殼后，其內(nèi)核的質(zhì)量如果在2.2個(gè)太陽至2.9個(gè)太陽以上，它將不可避免地變成黑洞；若在此界限以下，則會(huì)變成中子星。已知質(zhì)量最小的黑洞質(zhì)量大約相當(dāng)于3.8個(gè)太陽，而已知質(zhì)量最大的中子星質(zhì)量相當(dāng)于2.4個(gè)太陽。

暗物質(zhì)若能形成可以由內(nèi)而外吞噬行星的黑洞，這樣的黑洞質(zhì)量一定會(huì)比質(zhì)量最小的恒星級(jí)黑洞小得多。研究人員認(rèn)為，這一假想中的事件，可以在質(zhì)量相當(dāng)于木星的行星內(nèi)部發(fā)生，而木星的質(zhì)量只有太陽的千分之一。

研究人員認(rèn)為，在大小、溫度、密度各異的氣態(tài)系外行星內(nèi)部，黑洞能夠在可觀測的時(shí)間尺度內(nèi)形成。在單一系外行星的一生中，甚至有可能制造出多個(gè)黑洞。這意味著我們可以利用系外行星，來尋找超重暗物質(zhì)粒子，尤其是在理論上暗物質(zhì)富集的地方，比如銀河系的中心。

在觀測中，除了期待目擊行星被由內(nèi)而外地吞噬，恒星級(jí)黑洞的形成機(jī)制和“托爾曼-奧本海默-沃爾科夫極限”決定了假如我們能夠探測到一個(gè)質(zhì)量比太陽還小的黑洞，理論就有望確立。

系外行星的名冊(cè)日漸增長。到目前為止，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了5000顆以上位于太陽系以外的行星。而這些行星中的大部分理論上都可以成為暗物質(zhì)探測器。

假如真的存在“超重非湮滅暗物質(zhì)粒子”，被系外行星俘獲的它們理論上會(huì)導(dǎo)致這些行星產(chǎn)生額外的熱或高能輻射。研究人員稱，或許當(dāng)下的設(shè)備還不具備探測這些信號(hào)的靈敏度，但未來的望遠(yuǎn)鏡和空間任務(wù)則完全有可能感知它們。

黑洞（左）和中子星（右）。存在于它們之間的是“托爾曼-奧本海默-沃爾科夫極限”。

NASA / S. Wiessinger / ESA / Gaia / DPAC

參考 Using exoplanets to study dark matter https://news.ucr.edu/articles/2025/08/21/using-exoplanets-study-dark-matter Probing superheavy dark matter with exoplanets https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/qkwt-kd9q