大量原始的原初黑洞充斥在宇宙中,也許是暗物質的主要組成部分

黑洞也許並不是都是像銀河系中心的超大質量黑洞那樣的龐然大物，達到了400萬個太陽質量。新的研究表明，我們的宇宙中可能充滿了古老的小黑洞。

這些來自宇宙誕生之初的微型黑洞，即原初黑洞（PBH）。研究人員提出它們是暗物質的一種潛在可能性，暗物質是一種看不見的物質，會在整個宇宙空間內施加引力。因為看不見，所以目前對於暗物質的研究還處於很初級的階段，大多數科學家對於暗物質的理解都是某種具有特殊性質的假象粒子構成，這樣可以避免很多潛在的問題。但是也有一些研究人員認為，成群的小黑洞像雲一樣在太空中移動，這提供了一種更清晰的解釋。現在，一項新研究解釋了這些原初黑洞可能來自何處，以及天文學家如何發現其蹤跡的。

小黑洞從哪裡來？

黑洞是一個奇點，是一個充滿物質的空間中的無限密集點。當物質緊緊壓縮在一起，引力壓倒一切時，物質就會坍塌。它扭曲了時空，並被「事件視界」圍繞著，這是一個球形邊界區域，沒有光可以越過該邊界區域。

廣義相對論允許黑洞以任何規模存在。也就是如果你能夠用足夠大的力壓碎一隻螞蟻，它會像恆星一樣坍塌成一個黑洞；只是它會變得非常非常小。

大多數原初黑洞理論都假設這些物體具有像小行星一樣的質量，並且史瓦西半徑只有葡萄柚那麼大小。維拉諾瓦大學（Villanova University）的物理學家喬伊·尼爾森（Joey Neilsen）表示，這是一個古怪的想法，仍然處於黑洞和暗物質物理學的邊緣。但是最近，隨著其他暗物質理論變得空洞，一些研究人員對原初黑洞概念進行了重新審視。

如果存在原初黑洞的話，那麼它們一定是非常古老的一種天體。這是因為在現代宇宙中，只有兩種方式能夠產生黑洞，一種是大質量的恆星超新星爆發，另外一種是多個大質量恆星或者天體發生碰撞合併成一個黑洞。

這是因為一般黑洞的質量非常大，遠遠超過整個太陽系的質量，所以通過上述的兩種方法，是無法形成葡萄柚大小的原初黑洞。

那麼如果原初黑洞真的存在的話，製作小黑洞需要一套其它的機制和材料。

這些成分將是「宇宙大爆炸的物質，是製造恆星和星系的物質」。

在宇宙大爆炸之後很短時間內，宇宙中的物質還未產生，到處都充斥著高溫高密度的粒子，這個時候，因為一些波動，則會導致宇宙中物質的分布並不是絕對均勻的。

如果在點A處密度更高，那麼重力就會吸引到點A處。這就導致當宇宙冷卻到物質能夠穩定形成的時候，宇宙中已經存在了大量的密度更高的點，這會使得這些高密度點會吸引其他物質向內聚集，坍塌形成宇宙中的第一批恆星，進而還能形成星系以及我們目前所知道的所有的宇宙天體和結構。

而大多數原初黑洞理論都涉及早期宇宙中非常劇烈的波動，其強度要大於形成星系的波動。

在這篇新論文中，研究人員將那些劇烈的波動置於所謂的「宇宙暴脹」時期。在大爆炸之後的一萬億億分之一秒中，宇宙呈指數級增長。研究人員認為，這種迅速的早期擴張使時空具有當前的「平坦」形狀，它可能阻止了空間最終彎曲。

在11月20日發布到arXiv資料庫的一篇新論文中，研究人員提出，在宇宙暴脹期間，可能會有一些時空劇烈會產生劇烈的扭曲，直到最終變平。但是，這些短暫的扭曲會在膨脹的宇宙中產生足夠大的波動，從而最終形成大量的地球質量的原初黑洞。

如何找到微小的黑洞

研究人員寫道，證明這一理論正確的最簡單方法是尋找在宇宙中迴蕩的「次級引力波」（SGW）。

這些次級引力波比普通黑洞所產生的引力波要弱得多，它們會從形成原初黑洞的相同擾動中消失。它們將是宇宙中微弱的振動，目前一般的引力波偵測器是無法偵測到這種振動。但是將來可能有兩種方法可以找到它們。

一種方法：脈衝星定時陣列。太空中充滿了旋轉的中子星，這些高速旋轉的中子星被稱為脈衝星，它們在旋轉時向地球發送能量脈衝。脈衝星就像是天空中精確，可預測的滴答時鐘，但它們的信號會因引力波而失真。在地球和脈衝星之間傳遞的次級引力波會使時空扭曲，從而使脈衝星的滴答聲以脈衝星定時陣列可以檢測到的方式提前或延遲到達。

但是，該計劃存在一個問題：脈衝星時序陣列將依賴於能夠精確檢測發射無線電波的脈衝星的天文射電望遠鏡，而目前世界上還沒有這種精度的望遠鏡。

除了缺乏高精度的天文射電望遠鏡外，目前的引力波探測器也無法達到測量所需的精度。引力波探測器被深埋在地下，通過測量長距離光傳播時間的變化來尋找時空的波動。但是其他影響（例如小地震，海浪拍打在遙遠的海岸上，甚至是兔子在頭頂跳來跳去）也會使信號模糊。歐洲航天局計劃在2034年發射雷射幹涉儀太空天線（LISA），這是一種靈敏度更高的空基引力波探測器，可避免這些陷阱。作者寫道，LISA應該能夠探測到這種原初黑洞發出的次級引力波。