科學家探測到神秘引力波，疑似來自“原初黑洞”

如果屬實，便是個大事件。

常規黑洞（左）和“原初黑洞”（右）的合并（想像圖）。

Robert Lea

科學家可能首次聆聽到了“原初黑洞”產生的引力波。長期以來，“原初黑洞”僅存在于理論上——它們極其迷你，直徑可能超不過硬幣，甚至比原子還要小。

今年11月12日，一次編號為S251112cm的天體合并事件產生的引力波觸發了LIGO-Virgo-KAGRA引力波探測合作項目的自動警報。

科學家發現，這次事件非同尋常。因為在參與此次事件的兩個天體中，有一個天體的質量既不符合恒星級黑洞的特征，也不符合中子星特征。它的質量比太陽還小。

恒星級黑洞和中子星都是由瀕死大質量恒星內核坍縮而成的。理論上恒星級黑洞的質量下限是太陽的2.5至3倍，而中子星的質量下限大約是太陽的1.17-1.44倍。

但是研究人員發現，觸發S251112cm事件的兩個天體中，有一個天體的質量只有太陽的0.1-0.87倍。

如果這個信號不是由“噪聲”引起的，那么它所隱含的意義極為重大。它表明，這個天體，或這個天體的前身，可能是一個“原初黑洞”。

所謂“原初黑洞（Primordial black holes）”是在第一批恒星形成前就已經存在的黑洞。它們是由大爆炸后最初幾秒充滿整個宇宙的熾熱等離子體湯內那些密度過高的區域轉化而來的。

理論上，“原初黑洞”的質量可以是一顆豆子的1/100000，也可以是太陽的100000倍。它們常被稱為“非天體物理學黑洞”，因為它們的形成并不需要經歷恒星這一階段。

“原初黑洞”如果真的存在，那么它們一定在宇宙演化過程中扮演過重要角色，甚至它們可能就是宇宙學最大謎團之一——“暗物質”本身。

然而人們針對“原初黑洞”的任何探測嘗試都以失敗告終。這可能是因為它們在現代宇宙中已經不復存在。

霍金認為，黑洞會通過一種特殊的輻射（亦即“霍金輻射”）損失質量。如果黑洞的質量巨大，那這一過程將十分緩慢——超大質量黑洞的理論壽命可能會比宇宙本身的壽命還長；但是如果黑洞的質量很小，比如“原初黑洞”中質量最小的那一批，那么它們在形成幾秒后就會蒸發殆盡。

研究人員表示，不能排除此次事件為誤報的可能。通常此類探測的誤報率大約為每4年發生1次，而此次事件的誤報率大約為每6.2年發生1次。對于普通黑洞或中子星合并事件而言，這樣的誤報率是被允許的。而對于S251112cm這樣的罕見信號來說，難免會引起人們更多的關注。但假如不是誤報，該事件便超出了任何已知天體物理學知識的解釋能力。

想要尋找與該引力波事件相對應的電磁信號源也堪比大海撈針，現有的引力波探測器只能將信號所在范圍縮小到相當于月球直徑6000倍的天空區域。

這意味著人們想要分析這一不可思議的天體合并事件，目前手頭有的只有它產生的引力波數據。而要據此判斷它究竟是否來自“原初黑洞”，除非能夠探測到更多類似信號，否則幾乎不可能。

參考

Curious gravitational wave may hint at primordial black holes—or just be noise

https://www.science.org/content/article/curious-gravitational-wave-may-be-hint-primordial-black-holes-or-just-noise