原初黑洞若存在，或能解开宇宙重大奥秘

天文学家观测到的所有黑洞都属于以下三类之一：恒星质量黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。每个黑洞的质量都比我们的太阳大，并且在大爆炸后至少数十万年才形成，随着我们的宇宙增长和演化。

但是，还有一种黑洞天文学家尚未见过，但认为可能存在。它们就是原初黑洞。

顾名思义，原初黑洞是在宇宙生命早期，大爆炸后仅一小部分秒内诞生的。那是一个恒星或星系（以及其他类型的黑洞）尚未存在的时代。但一些理论预测，原初黑洞仍应在那时出现。这是因为在宇宙本身诞生后的那一小部分秒内，空间并非完全均匀（处处相同）。相反，有些区域比其他区域更密集、更热，这些密集区域可能坍缩成了黑洞。

短暂的窗口期

大爆炸后只有很短的一段时间——大约1秒——是原初黑洞可能形成的时间。但在我们早期膨胀宇宙的极端世界中，短短一秒钟内就可能发生很多事情。原初黑洞在这个时间窗口中形成得越晚，它们的质量就越大。根据它们的具体形成时间，原初黑洞的质量可能低至10-7盎司（10-5克），即比回形针轻10万倍，最高可达太阳质量的10万倍左右。

这种微小黑洞的想法引起了天体物理学家斯蒂芬·霍金的兴趣，他探索了它们的量子力学性质。这项工作导致他于1974年发现黑洞会随着时间蒸发。虽然霍金最终意识到一个大黑洞的蒸发时间会比宇宙目前存在的历史还要长，但小黑洞可能确实已经蒸发或正在蒸发，这取决于它们的质量。霍金计算出，任何质量大于10^12磅（[10^12千克]；这远小于太阳系中任何行星、矮行星以及大多数命名的小行星和彗星的质量）的原初黑洞今天仍可能存在，而质量较小的则已经消失。

而且，根据它们的质量（请记住，这取决于它们的形成时间），今天剩余的任何原初黑洞都可以完美地解释天文学中一些悬而未决的问题。

暗物质候选者

其中一个问题就是暗物质。尽管它约占我们宇宙的30%，但天文学家仍然对暗物质究竟是什么感到困惑。原初黑洞可能就是答案——或者至少是答案的一部分。原初黑洞可能是一种名为MACHOs（大质量致密晕状天体）的暗物质，因为天文学家认为它们存在于星系的晕中，即星系的外围。如果这些黑洞只是在太空中悄然漂浮并独自存在，它们将很难被发现。

发现MACHOs的一种方法是寻找称为微引力透镜的事件，当一个大质量物体（例如黑洞）经过一个更远的物体（如恒星或星系）前方时，就会发生这种现象。黑洞会使来自远处光源的光线在其周围弯曲，使图像变亮和放大。这些事件不频繁且持续时间短，但捕捉到足够多的事件可以让天文学家确定造成微引力透镜的物体是什么，以及它们是否可能是原初黑洞。

然而，几项最近的研究已经确定，即使这类原初黑洞存在，它们也可能无法解释我们看到的所有甚至大部分暗物质效应。

另一种寻找大型原初黑洞的方法是通过合并。LIGO和VIRGO等引力波观测站已经观测到几次黑洞合并事件，而LISA等未来项目将能够探测到与目前可观测到的不同质量的合并事件。由于天文学家可以追溯合并黑洞的质量，他们可能会发现未来的事件是由质量合适的黑洞引起的，从而使其成为原初黑洞。

或者，原初黑洞可能很小。一些理论认为，尽管黑洞会蒸发，但可能存在一个尺寸限制。因此，当一个蒸发中的黑洞达到一定质量时，它就会停止蒸发，并保持非常小的状态。如果情况属实，原初黑洞仍然可以解释暗物质，尽管方式不同，而且寻找它们会更具挑战性。天文学家或许可以发现仍在蒸发的黑洞，它们会释放出高能粒子，而这些粒子又会释放伽马射线。如果黑洞最终不停止地从存在中消失，它们可能会以猛烈的能量爆发而消亡——相当于大约一百万枚1兆吨氢弹，霍金写道——我们也可能将其视为伽马射线暴。

超大质量黑洞的种子

即使它们不能解释暗物质，原初黑洞也可以解决天体物理学中的第二个问题。与解释暗物质所需的那些不同——更大——的原初黑洞可能反而解释了天文学家在巨大星系中心看到的超大质量黑洞。这些黑洞，质量是太阳的数百万或数十亿倍，不能由一颗甚至几颗爆炸的恒星产生。天文学家不知道这些黑洞是如何到达那里或由什么形成的；也许它们是由自宇宙第一秒以来就存在的原初黑洞构建而成的，作为超大质量黑洞生长的种子。

然而，这种可能性也可能不大，因为原初黑洞必须在宇宙诞生后仅仅1秒钟内形成。根据物理学原理，即使是形成于最后可能瞬间的原初黑洞，其质量也只有太阳的约10万倍，这与超大质量黑洞的质量级别并不相符。要得到我们今天看到的更大黑洞，它们必须吸入大量物质并迅速增长。这并非不可能，但它可能不太可能解释当今存在的超大质量黑洞的庞大数量。

无论它们在哪里或如何被发现，原初黑洞都能告诉天文学家很多关于我们所居住的宇宙的信息。根据它们的质量，它们可以作为探测星系演化、高能物理学，甚至宇宙诞生后最初几分之一秒的探针。但尽管原初黑洞可能存在，它们尚未被观测到，目前仍然是天文学的一大疑问，而非一个明确的答案。