早在 20 世纪 60 年代末，英国天体物理学家唐纳德·林登-贝尔就推断，大多数星系中心都必须有一个超大质量黑洞。从那时起，出现了大量证据支持这一观点。2018 年，天文学家甚至拍摄了一张位于附近名为 M87 的星系中心的黑洞照片。
事实证明，超大质量黑洞在星系演化中起着至关重要的作用，它们通过产生将恒星束缚在一起的引力场。它们还会吞噬附近的尘埃和气体，产生巨大的能量喷流，而这些喷流本身又创造了有利于恒星形成的条件。
我们星系中心的超大质量黑洞质量相当于大约一百万个太阳，半径约为水星绕太阳运行轨道的直径。
但黑洞可以小得多。质量相当于我们太阳的黑洞将只有几公里大小，而质量相当于小行星的黑洞将只有原子大小。
有充分的理由认为，这个尺寸范围内的黑洞一定是在宇宙早期形成的，而这些原初黑洞至今仍充斥着宇宙。
这就引出了一个有趣的问题。如果超大质量黑洞是星系形成的种子，那么较小的黑洞是否可以成为恒星形成的种子？黑洞甚至可以出现在我们太阳的中心吗？
霍金星
现在，伊利诺伊州立大学的马修·卡普兰及其同事的研究给出了答案。他们计算了以这种方式形成的恒星应具备的性质。他们的结论是，是的，我们的近邻恒星太阳中心可能存在一个黑洞。但情况很复杂。
天文学家们已经提出恒星中心可能存在黑洞一段时间了。例如，在 20 世纪 70 年代，他们发现太阳产生的微中子数量似乎不足以匹配其产生的聚变能量。（微中子是聚变反应的副产品）。
这表明太阳的部分能量必须以不同的方式产生。斯蒂芬·霍金提出了这样一个观点，如果太阳内部有一个中央黑洞，那么这一切都可以得到解释。在这种情况下，落入黑洞的物质产生的能量足以弥补差额，而不会产生微中子。
随着微中子振荡的发现，这个问题最终得到了解决——微中子在穿过宇宙时会迅速改变特性。这种振荡有时会使它们难以探测，并导致了赤字。因此，黑洞的设想被遗忘了。
最近，天文学家开始认为，原初黑洞可能构成了宇宙大部分缺失的质量，即所谓的暗物质。这是天文学家可以通过其对可见物质的引力效应检测到的质量，但却看不见。
原初黑洞可以存在于从小行星质量到恒星质量的各种尺寸。如果它们数量众多，与普通物质的相互作用一定很常见。
事实上，一种可能性是黑洞是恒星形成的种子，或者至少在恒星形成时就存在。卡普兰及其同事调查的一个大问题是，黑洞的存在会如何影响恒星的演化，以及这是否可观测。“归根结底，演化高度依赖于吸积物理学，”卡普兰及其同事在一篇摘录了这篇博文标题的论文中说。
他们首先计算了中心有一个低质量小行星大小黑洞的恒星的性质。如此小的黑洞的原子大小使得与物质的相互作用比与较大黑洞的相互作用可能性小得多，这对恒星的演化产生了重大影响。“具有非常低质量原初黑洞的恒星可以非常长寿，许多恒星能够度过它们的整个主序阶段，”他们说。
较大的黑洞会导致更复杂的行为，在这种行为中，黑洞通过吸积迅速增长，最终吞噬整个恒星。
但即使这样也不意味着这个过程不太可能。卡普兰及其同事认为，这会导致一类新的黑洞，其质量小于我们的太阳。这一点很有趣，因为到目前为止，天文学家们认为这么小的黑洞不可能存在，因为没有机制来产生它们。
事实上，该团队认为恒星中心有黑洞的情况可能很普遍。“由于中心黑洞不会显著改变演化的早期阶段，我们建议许多主序星可能拥有中心黑洞，”他们说。
这包括我们的太阳。
行星游戏
这里更广阔的图景是，如果原初黑洞比以往认为的要普遍得多，那么它们可能就是天文学家一直在寻找的暗物质。证据可能来自于更详细地研究我们已经熟知的恒星的性质。
这项工作现在很可能会认真展开，同时还将进行更详细的模拟，精确说明如何区分内部有黑洞的恒星和没有黑洞的恒星。星震学——声音穿过恒星的方式——似乎是关键。未来工作的最明显目标是我们的太阳。
除此之外，其他想法也层出不穷。如果黑洞在星系和恒星的形成中起过作用，那么它们是否也可能在行星形成等其他吸积过程中发挥作用？地球中心是否可能存在或曾经存在一个低质量黑洞？现在，这个问题可能会引发一些激烈的争论。林登-贝尔，他于 2018 年去世，肯定会觉得很有趣。
参考文献：太阳中心有黑洞吗？: arxiv.org/abs/2312.07647
