陜西
2025年底，一個來自約3億光年外的引力波信號，讓天文學家看到了疑似原初黑洞的波動。
2025年11月12日，地球引力波探測器LIGO以及室女座探測器，同時捕捉到了一陣時空漣漪，這次的事件被編號為S251112cm，它來自兩個致密天體的并合。
這次的合并事件和以往的都不同，它讓整個天文界為之震動：天文學家測算發現，這個系統的核心質量指標（啁啾質量）是在0.1-0.87倍太陽質量之間，其中至少有一個天體的質量是小于太陽，這個結論的置信度超過99%，該事件的誤報率約為每4年1次，是一個統計上較為顯著的候選事件。
比太陽小的黑洞，特殊在哪呢？
這里我們要先明確恒星演化的基本規則：我們已知的絕大多數黑洞，都是大質量恒星死亡時核心坍縮的產物。
但要坍縮成黑洞，恒星核心必須足夠重，常規恒星演化形成的黑洞，前身星核心質量至少要達到奧本海默極限（約太陽的3倍質量）。
所以它最終留下的黑洞殘骸質量必然是要超過太陽的，哪怕是恒星死亡留下的另一種致密殘骸中子星，質量也不可能低于1倍太陽質量，以為白矮星的質量上限（錢德拉塞卡極限）為1.44倍太陽質量，超過這個極限就會坍縮成中子星。
換句話說，這次探測到的小質量黑洞根本不可能是恒星演化的產物，它的起源，只能追溯到宇宙誕生的最初瞬間。
這種宇宙誕生之初就形成的黑洞，就是原初黑洞。
早在上世紀70年代，霍金等物理學家就提出了這個猜想：在宇宙大爆炸之后不到1秒的時間里，整個宇宙還只是一鍋滾燙致密的粒子湯，沒有恒星、沒有星系，甚至連質子和中子都還沒成型，就在這個階段，宇宙發生了一次關鍵的相變——量子色動力學（QCD）相變，自由的夸克和膠子突然抱團，形成了質子和中子。
這個相變瞬間改變了宇宙的狀態方程，讓宇宙的密度分布出現劇烈的波動。
那些密度遠超周圍的區域，會在自身引力作用下直接坍縮成黑洞。
這種黑洞和恒星形成的黑洞不同，原初黑洞的質量沒有固定限制，可以小到和小行星相當，也可以大到星系中心的超大質量黑洞級別，剛好能覆蓋這次發現的亞太陽質量范圍。
更重要的是，如果原初黑洞大量存在，它們完全可以解釋宇宙中的暗物質。
但這個猜想的最大短板一直是沒有確鑿的觀測證據，而S251112cm這個亞太陽質量引力波事件，剛好給了我們一個驗證這個猜想的絕佳機會。
針對這一事件，研究團隊開展了定量分析，驗證了該信號與量子色動力學時期形成的原初黑洞模型的一致性。
他們基于量子色動力學相變的原初黑洞模型，加入早期宇宙輕子味不對稱的影響（簡單說就是早期宇宙中粒子與反粒子的微小數量差，會改變原初黑洞的質量分布），構建了覆蓋多個數量級的原初黑洞質量函數，沒有先入為主地預設原初黑洞的數量。
隨后，他們算出了兩個關鍵數字：
第一，按照這個模型，以引力波探測器第三次運行階段的靈敏度，每年應該能探測到0.8次這類亞太陽質量的雙黑洞并合。
第二，引力波探測器從第一次到第四次運行，以第三次靈敏度為中間值近似，累計有效觀測時間4.35年，僅發現了這1個候選事件，換算后的實際觀測率為0.23次每年，95%置信區間為0.012-1.09次每年。
理論預測的0.8次每年，剛好完美落在實際觀測的誤差范圍內，這不是巧合，而是理論與觀測的精準吻合。
它直接證明了S251112cm這個事件，完全可以用原初黑洞的并合來解釋，這是原初黑洞存在的強有力證據。
同時，也讓他們把這個結論延伸到了暗物質的核心謎題上。
研究團隊反過來用這次觀測給原初黑洞的豐度劃定了嚴格下限：在論文采用的模型與天體物理參數假設下，哪怕按最保守的統計結果，原初黑洞至少也占了宇宙暗物質總量的4%。
而他們模型采用的基準值是在研究的質量范圍內，原初黑洞占暗物質的33.9%，這個數值還能同時解釋引力波探測器此前觀測到的，3-200倍太陽質量的雙黑洞并合事件中的相當一部分，相當于一個模型同時解釋了兩個不同質量范圍的引力波觀測結果。
當然，科學研究必須保持嚴謹，我們還不能100%敲定這個事件就是原初黑洞。
首先，這個事件目前仍為候選體，最終的完整離線數據分析尚未完成，質量參數仍存在調整的可能。
其次，有沒有其他可能的解釋？比如兩個亞太陽質量的中子星并合？
但中子星并合通常會伴隨千新星的明亮電磁信號，而該事件沒有明顯的電磁對應體，后續全球數十臺光學和高能望遠鏡對該天區做了密集觀測，也沒有找到符合事件距離限制的對應體，基本排除了中子星并合的可能。
至于其他更奇特的致密天體，目前僅有理論猜想，沒有成熟可靠的形成機制，能自然解釋這次事件的只有原初黑洞。
論文同時強調，這次的分析并不局限于S251112cm這一個事件的特殊性質，而是適用于任何確認的亞太陽質量致密雙星并合探測。
現在，整個天文界都在等待三座引力波探測器的第五次觀測運行（O5），升級后的探測器靈敏度更高，能捕捉到更遠、更弱的信號。
如果O5階段能再探測到幾個這類亞太陽質量并合事件，就能徹底實錘原初黑洞的存在。
未來，歐洲航天局計劃2035年發射的空間引力波探測器LISA，還有地面上靈敏度比LIGO高10倍的宇宙探測器，會帶來更精準的數據，從而徹底搞清楚原初黑洞到底占了暗物質的多大比例，甚至能否完全解釋暗物質。
這項研究于2026年2月發表在預印平臺。
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