在特定條件下，我們可能每隔10年就能觀測到一次黑洞爆發(fā)事件。

早期宇宙中的原初黑洞動畫模擬。

NASA GSFC

最新理論研究顯示，某些特殊類型的黑洞可能會發(fā)生劇烈的高能爆發(fā)。美國馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的物理學(xué)家提出，在特定條件下，我們可能每隔10年就能觀測到一次這樣的黑洞爆發(fā)事件。

宇宙中廣為人知的黑洞主要分為兩類：恒星級黑洞和超大質(zhì)量黑洞。恒星級黑洞的質(zhì)量相當于太陽的10到1000倍，由大質(zhì)量恒星生命末期坍縮形成；而超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量可達數(shù)百萬至數(shù)百億個太陽質(zhì)量，被認為是通過較小黑洞不斷合并形成的?？茖W(xué)家目前已經(jīng)獲得了大量與這兩類黑洞有關(guān)的直接或間接證據(jù)。

除此之外，理論上還存在一類更特殊的“原初黑洞”。這類黑洞比恒星級黑洞小得多，質(zhì)量范圍從巨行星到小行星級別不等。它們被認為是宇宙大爆炸后最初時刻（遠不足1秒內(nèi)）密度波動的產(chǎn)物，目前尚未被實際觀測證實。

與普遍認知不同，黑洞并非只會吞噬物質(zhì)。1974年著名物理學(xué)家霍金指出，黑洞會通過量子效應(yīng)損失質(zhì)量。在黑洞的“視界”附近，空間量子漲落產(chǎn)生的正反粒子對中如果有一個落入黑洞，另一個逃逸，就會產(chǎn)生輻射，相當于黑洞在向外輻射能量。這種現(xiàn)象被稱為“霍金輻射”。“霍金輻射”發(fā)展到末期，黑洞質(zhì)量下降到臨界點時，會發(fā)生劇烈的輻射暴，在瞬間釋放出大量高能伽馬射線。

這一過程的溫度與黑洞質(zhì)量成反比：質(zhì)量越小的黑洞，輻射溫度越高，蒸發(fā)速度也越快。對于一個質(zhì)量與太陽相當?shù)暮诙矗浠艚饻囟瓤梢缘椭?0??K。而對于質(zhì)量僅相當于一座山的原初黑洞，溫度可高達1012K。

傳統(tǒng)理論認為，觀測到原初黑洞爆發(fā)的概率極低，大約每10萬年才可能發(fā)生一次。但馬薩諸塞大學(xué)的研究團隊提出了一個創(chuàng)新性的“暗電荷”模型，徹底改變了這一認知。

該模型假設(shè)存在一種不與已知物質(zhì)相互作用的“暗光子”，以及與其對應(yīng)的“重暗電子”，可以讓原初黑洞在形成時帶上微量的“暗電荷”，延緩霍金輻射的過程。當黑洞質(zhì)量降至臨界值時，則會通過量子效應(yīng)快速放電，觸發(fā)與史瓦西黑洞類似的劇烈爆發(fā)。

在該理論模型成立的前提下，原初黑洞的爆發(fā)率會從傳統(tǒng)理論認為的每10萬年一次提升至每10年一次。而計算結(jié)果表明，若信號足夠強且未被宇宙背景輻射掩蓋，未來十年現(xiàn)有伽馬射線望遠鏡觀測到一次原初黑洞爆發(fā)事件的概率超過90%。

如果觀測成功，那將是人類首次直接驗證霍金輻射，并證實原初黑洞的存在。更重要的是，理論上這類爆發(fā)還有可能釋放出包括暗物質(zhì)在內(nèi)的大量超越標準模型框架的未知粒子，幫助物理學(xué)家解決多個重大謎題。

參考 Could We Observe an Exploding Black Hole in the Near Future? https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/nwgd-g3zl