宇宙中最古老的黑洞可能正悄悄吞噬恒星

你能想象一種比原子還小的黑洞嗎？這些微型黑洞可能是宇宙中最古老的物體，它們可能在大爆炸後的第一秒就誕生了。而且，它們可能不是孤獨地存在於宇宙的角落，而是潛伏在一些恒星的內部，慢慢地吞噬它們。

新的研究表明，從時間的黎明開始就存在的原子大小的黑洞可能正在從內部吞噬恒星：一小部分原初黑洞在大爆炸後的瞬間以極快的速度穿越宇宙，可能被恒星捕獲——這些古老的黑洞可能至今仍潛伏在這些恒星的心髒裏，新的研究理論推測。

探測這些假設的黑洞——它們是在宇宙誕生後的第一秒內形成的熱的、密集的物質團塊，它們坍縮成黑洞——可能有助於確定關於早期宇宙和黑洞形成的理論。然而，找到那一小部分設法抓住一個快速移動的黑洞的恒星，也面臨著一些挑戰，研究作者說。

“我們認為，如果原初黑洞存在的話，它們通常應該以極快的速度穿越銀河系，”研究的主要作者、德國馬克斯·普朗克天體物理學研究所的天體物理學家厄爾·貝林格在一封電子郵件中說。“如果它們遇到一顆恒星，那麼它們很可能就像一顆子彈一樣穿過恒星。然而，這些黑洞中的一小部分，那些移動緩慢的黑洞，有機會被恒星捕獲。如果它們被捕獲了，我們認為我們可能能夠找到它們。”

根據貝林格和他的同事們在《天體物理學雜志》發表的一篇論文中討論的這一理論，如果這些理論上的微型黑洞被恒星捕獲，會發生兩件事。

“第一種可能性是，黑洞太小，以至於對恒星沒有任何影響，”貝林格說。“非常低質量的黑洞即使嵌入了恒星內部的無限食物自助餐，也無法在宇宙的壽命內將它們的質量增加一倍。

“第二種可能性是，黑洞足夠大，能夠通過吞噬恒星有效地增長，”貝林格補充說。原初黑洞被假設具有低至紙夾質量的10萬分之一的質量，但更大的例子——接近小行星或矮行星的質量——仍然可以在捕獲它們的恒星中產生可見的效果，因為黑洞在數百萬年的時間裏貪婪地消耗恒星物質。在這種“黑洞食人”的情況下，正如貝林格所說的，原初黑洞會從內部吞噬恒星，導致恒星的核心攪動並釋放出額外的能量。這會使恒星膨脹成紅巨星，但不會像太陽這樣的恒星在核心耗盡提供核聚變的氫時發生的那樣升高溫度。這些冷卻的紅巨星被稱為“紅滯後星”。

紅滯後星是一種罕見的恒星類型，它們的表面溫度比一般的紅巨星低，但卻比一般的紅巨星更亮。它們的名字來源於它們在赫羅圖上的位置，它們比一般的紅巨星滯後於主序帶。紅滯後星的形成機制還不清楚，有幾種可能的解釋，其中之一就是本文討論的霍金星假說。

霍金星是一種假想的恒星，它的核心是一個微型黑洞，而不是一個核反應堆。這種黑洞會釋放出一種稱為霍金輻射的熱量，從而為恒星提供能量。霍金輻射是由於量子效應導致的黑洞蒸發現象，它使得黑洞不是完全黑暗的，而是能夠發出一些粒子和輻射。

根據這一假說，紅滯後星的核心是一個原初黑洞，它通過霍金輻射為恒星提供能量，使得恒星膨脹並降低溫度。

紅滯後星的觀測很困難，因為它們很少見，而且很難與其他類型的恒星區分。目前，天文學家已經發現了大約500顆紅滯後星，它們大多數位於球狀星團中。球狀星團是由數十萬到數百萬顆恒星組成的密集球形結構，它們是宇宙中最古老的恒星群體之一，它們的年齡可能與宇宙的年齡相當。
球狀星團中的恒星密度很高，因此恒星之間的相互作用也很頻繁，這可能會影響恒星的演化和運動。一些研究人員認為，球狀星團中的原初黑洞可能會通過恒星之間的碰撞或合並而被捕獲，從而形成霍金星。

紅滯後星的研究對於理解恒星演化、原初黑洞和早期宇宙的性質都有重要意義。如果能夠證實霍金星的存在，那麼它們將是觀測原初黑洞的最佳候選者之一。原初黑洞是一種假想的黑洞，它們不是由恒星坍縮而成，而是由大爆炸後的第一秒內形成的高密度物質區域而成。它們的質量可能從紙夾的10萬分之一到小行星或矮行星的大小不等。
原初黑洞的存在與宇宙的暗物質、引力波和宇宙微波背景輻射等現象都有關聯。

通過觀察紅滯後星的脈動和振動，天文學家可能能夠確定這種吞食過程是否仍在這些恒星內部進行。恒星的脈動和振動是由於恒星內部的物理過程而引起的周期性的亮度和尺寸的變化，它們可以反映出恒星的結構和演化的信息。

如果紅滯後星的核心是一個黑洞，那麼它們的脈動和振動可能與一般的紅巨星有所不同，因為黑洞會改變恒星的能量平衡和物質流動。貝林格和他的同事們正在利用一種稱為星震學的方法來分析紅滯後星的脈動和振動，星震學是一種利用恒星的振動來研究恒星內部結構的技術。

該團隊已經確定，這些紅滯後星是潛在的“霍金星”候選者，或者是由核心有小黑洞的恒星提供動力，正如傳奇物理學家斯蒂芬·霍金在1971年的一篇論文中首次提出的那樣。

黑洞存在於霍金星的心髒，可以解釋為什麼，盡管科學家對恒星演化有很好的把握，但紅滯後星的演化路徑卻很難描繪。通過觀察紅滯後星的脈動和振動，天文學家可能能夠確定這種吞食過程是否仍在這些恒星內部進行。

如果原初黑洞確實存在，它們可能遍布宇宙——包括我們自己的宇宙鄰域，研究人員補充說。這些物體的高速度和極小的尺寸可能解釋了為什麼它們迄今為止一直逃避科學家的發現。“首先，找到一個黑洞就很難，而且一個典型的黑洞的質量是我們太陽的幾倍。現在我們說的是一個有小行星質量和氫原子大小的黑洞！”貝林格說。“我們認為大多數原初黑洞會在恒星之外，漫遊銀河系。平均來說，可能在任何時候都會有一個在太陽系內。”

該團隊現在打算進一步研究黑洞如何從內部吞噬恒星，並利用這些信息來觀察他們的霍金星候選者的脈動，以確定它們是否可能在核心處擁有黑洞。