黑洞卡在太阳内部吗？不，但这就是为什么科学家们在问

黄俊琼

一幅艺术家的插图，展示了一个较大黑洞周围气体中的两个较小黑洞。被困在太阳内部的黑洞会以类似的方式被等离子球吞噬吗？(图片来源:美国国家航空航天局/加州理工学院/R .赫特(IPAC))

（）据美国太空网（莫尼莎·拉维塞蒂）：就在2023年底之前，天体物理学家马特·卡普兰宣布发布一篇新论文，该论文拥有一个相当古怪的标题:“太阳中心有黑洞吗？”我要求简短的回答，正如你所料，他说“可能不会”但故事远未结束。

虽然这项新的研究目前可以在arxiv上查看，但仍有待同行评审，它伴随着发表在《天体物理学杂志快报》上的一篇论文，该论文以同样的奇怪问题为手段，达到了一个迷人的目的。

所有这一切的重点是提供一个钩子，让你进入一个关于暗物质难以捉摸的性质的史诗般的理论，可以说是我们这个时代最大和最令人困惑的空间之谜。这种物质与其同样令人困惑的对应物暗能量结合在一起，占宇宙的95%以上。然而，这两者对人类的眼睛来说仍然是隐藏的。多年来，科学家们已经为黑暗宇宙提出了相当多的可能解释，从奇怪的新粒子一直到我们的数学只是错误的建议。什么都没有结果。

为此，卡普兰是一个团队的成员，该团队假设黑暗宇宙的暗物质部分很可能不是由我们想象的粒子组成的，而是由宇宙诞生时产生的大量原子大小的黑洞组成的，每个黑洞的质量大约相当于我们太阳系中一颗典型的小行星。伊利诺伊州立大学物理学助理教授卡普兰告诉Space.com:“我认为所有的暗物质候选者都有点疯狂。”。“一些猜测比另一些更好，原始黑洞受到了重视。我甚至可以说，我认为它们很受欢迎。”

但是他说，为了将假设变成事实，科学家们必须实际找到这些微小的古代空洞之一——这将我们带到了这个新的黑洞-太阳对话。卡普兰和他的合作者在他们的论文中说，潜在的可能性是，一些超小黑洞可能在恒星形成过程中被尘埃云捕获。潜在地，它们可能最终真的停留在那些最终闪耀的等离子海洋中。他们可能还在那里。

所以，不，我们的恒星中心可能没有黑洞——但可能有其他恒星在太空中游荡，黑洞确实楔入了它们的心脏。

开始这一切的电话

在新冠肺炎疫情期间，可以理解的是，天文学经历了一系列障碍，导致了许多延误，但也带来了许多创新。

“我和厄尔·巴朗格成了朋友，他是一位天体地震学家，”卡普兰说。“我们只是打了一个非常普通的研究电话，像平常一样谈论明星。他只是提到了这种即兴的，随意的评论。他说，'我一直认为把一个黑洞放在这些模拟的中心会很有趣，只是想看看会发生什么。'"

当Ballenger以“但是没有理由这样做”结束他的陈述时，Caplan回忆说纠正他说“不，实际上，这是一个可测试的暗物质候选者。”

卡普兰说，他已经在考虑对原子大小的原始黑洞理论进行太阳系测试，特别是因为如果这些理论现象存在，它们的质量将非常低，很可能会有一大堆这样的现象。你会期望一些黑洞在任何给定的时间穿越我们宇宙的角落，事实上，他以前写过一篇研究论文，关于如果这些黑洞中的一个撞上月球，甚至地球会发生什么。

然而，卡普兰说，他显然知道，如果太阳捕捉到一个，这将是疯狂的。此外，他认为一个原子大小的黑洞被困在我们整个银河系的任何一颗恒星内的可能性非常低。“一个星系或环境的质量越大，一切运动的速度就越快；更强的引力意味着物体移动得更快，”他说。

这意味着，在像银河系这样非常巨大并且已知有许多暗物质的环境中，暗物质将会以超快的速度四处移动。因此，如果暗物质是由拟议的迷你黑洞组成的，那些黑洞将不得不一前一后地快速移动。这将使它们不太可能被物体捕获。然而，在其他环境中，例如在质量较小的矮星系或球状星团中，暗物质的移动速度平均要慢得多。

“你可能足够幸运，一些暗物质，或者在这种情况下，偶尔是一个原始黑洞，会被一个形成恒星的云捕获，受到它的引力束缚，并随着恒星的演化沉入核心，”他说。这正是科学家们说他们下一步要寻找的东西:矮星系中可能存在黑洞的恒星。

他和巴林杰称它们为“霍金星”，因为斯蒂芬·霍金写了关于原始黑洞的开创性论文。令人难以置信的是，霍金曾提出，在其最初的一秒钟，早期宇宙可能会足够密集和混乱，以刺激一吨这些奇特的物体。此外，对新理论重要的是，霍金还指出，这些黑洞几乎可以有任何质量。

霍金甚至说，一个小行星质量的这种黑洞可以被恒星捕获，从内部吞噬它们。“因为他在原始论文中提出了这一点，”卡普兰说，“而且这是大多数人在做这项工作时忽略的脚注，所以我们决定以他的名字命名。”

最后，这是目前寻找这些古老针孔洞的蓝图。



蓝色阴影代表暗物质在星系团ZwCl0024+1652中的位置。(图片鸣谢:欧空局/哈勃)

寻找理论巨人

虽然它会成为一部伟大的《星际2》，但不，一颗包含黑洞锚的恒星不会看起来像某种扭曲时间的炽热空间异常。它看起来很正常。

“你的直觉是，这颗恒星会像CGI序列一样被吞噬，”卡普兰评论道。“但当你进行科学研究，并为黑洞如何吞噬以及黑洞有多亮建立适当的模型时，由于它们产生所有这些反推其周围环境的辐射，它们可能需要数十亿年才能吞噬这颗恒星。”

那么，如果不是一颗精神错乱的恒星，我们要找什么？好吧，给你另一个简短的答案，卡普兰说关键是寻找膨胀、暗淡的红巨星(当然是在较小的星系中)。

“当黑洞变亮时，它会导致恒星出现一个非常奇怪的巨相，”他说，“这不同于标准的红巨星相，如果你寻找它们，它们会变得非常突出。”

黑洞盛宴和恒星能量

基本上，黑洞(任何大小)的解剖可以分解成三个主要部分。首先，你有一个奇点，它是一个黑洞中心的不可见点，所有的物质都被压缩到这个黑洞里。这就是为什么黑洞如此巨大，而物理上却如此之小。第二，你有事件视界，它就像一个围绕奇点的环，代表着我们的宇宙和内部任何东西之间的屏障。光不能穿过活动视界。这一切都很神秘。

第三，也是新研究的关键，是吸积盘。这是一个物质循环，围绕着充满气体和尘埃的整个身体旋转。

另一方面，恒星融合指的是恒星如何通电。恒星经历了一个内在的核聚变过程，通过这个过程，它们将较轻的氢原子变成较重的氦原子，这产生了一个向外的推力，以抵消其自身重力的向内拉力。这个过程也有助于它们的亮度；当一颗恒星走到它的生命尽头并变成一颗红巨星时，它还在继续。最终，聚变反应停止，恒星的引力胜出。在巨星中，下一步是超新星爆炸，这可能导致“正常大小”的黑洞或中子星。(中子星密度极高，本身就非常迷人，但那是另外一个故事了。)

无论如何，我们知道正常的红巨星，但如果一颗内部有黑洞的恒星进入红巨星阶段，卡普兰认为会发生一些有趣的事情。“与其说是聚变驱动，不如说是吸积驱动，”他说。“融合实际上被切断了，它变成了这种巨大的蓬松的云，围绕着这个非常小的黑洞旋转，这个黑洞在那个阶段的质量大约是地球的质量。”

这将使被困黑洞的质量约为包含它的霍金恒星的百万分之一，但它周围仍有大约一个太阳质量的物质。“这完全改变了恒星的内部结构，”卡普兰说。

“如果黑洞足够小，质量足够低，它将增长得如此缓慢，以至于这颗恒星可以在迄今为止的整个宇宙时代都没有变化，”他补充道。"如果它是一个更大质量的黑洞，那么，大质量黑洞有更大的视界."

换句话说，那些巨大的黑洞将能够更快地吸积和增长。因此，科学家们认为，更大的黑洞可能会在几十亿年内杀死它们的恒星。

至于为什么吸积动力的红巨星会比正常的红巨星更暗，这只是因为聚变动力比吸积动力在恒星中产生的亮度更高。“这是超暗矮星系故事的一部分，”他说。“为什么这些矮星系如此暗淡？为什么它们看起来有这么多暗物质？”

然而，这并不是说吸积力没有意义。可以说这更令人印象深刻，因为一个曾经是原子大小的吸积黑洞可以将恒星的亮度提升到足够高的水平，从而相对接近极端的聚变驱动亮度！

“厄尔浏览了一些调查，他发现其中大约有500个是很好的观测目标，”卡普兰谈到红矮星目标时说。“我们有几百名候选人，我们希望在明年用星震学对他们进行更详细的研究。”



红巨星的插图。(图片来源:美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心/克里斯·史密斯(KBRwyle))

如果你想知道即将到来的寻找红巨星伪装的恒星漫游宇宙的努力会有多大的成果，那么，我会考虑两件事。

首先，暗物质通常可以被宇宙物体捕获的理论并没有太多争议。例如，在南极冰立方设施工作的科学家正在寻找来自地球内部的暗物质信号的证据。另一方面，寻找暗物质实际上是在黑暗中进行的。

很有可能真相只是点缀在宇宙中的一群空洞，被困在恒星内部。

“如果它们不存在，我不会感到惊讶，”卡普兰说，“但如果它们存在，我也不会感到惊讶。”