約半個(gè)世紀(jì)之前，霍金首次深入研究了原初黑洞理論。他認(rèn)為這種黑洞誕生于宇宙之初。在此基礎(chǔ)上，一些科學(xué)家認(rèn)為原初黑洞是暗物質(zhì)候選者，但其存在與否，始終未能得到確認(rèn)。去年4月，LIGO探測(cè)到了一次難以解釋的引力波信號(hào)。許多天文學(xué)家將其歸因于“超重”的雙中子星的碰撞，然而也有人提出了更為奇特的解釋——兩個(gè)原初黑洞的并合。

自從美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)在2015年首次直接探測(cè)到引力波以來(lái)，引力波已經(jīng)成為天文學(xué)界最熱門的話題之一。通常情況下，研究人員可以通過(guò)這種由黑洞并合產(chǎn)生的時(shí)空漣漪來(lái)研究該過(guò)程的內(nèi)部機(jī)制。不過(guò)，LIGO探測(cè)到的引力波還可能源于其他天體碰撞事件，比如雙中子星并合等等。因此，有時(shí)LIGO的探測(cè)結(jié)果會(huì)讓天文學(xué)家們感到困惑。這樣的困惑在去年4月觀測(cè)到的一次引力波事件中達(dá)到峰值。這次編號(hào)GW190425的引力波事件的來(lái)源引發(fā)了極大的爭(zhēng)論，直到最近，它才被歸因于雙中子星并合。但是，這個(gè)結(jié)論依然無(wú)法令所有天文學(xué)家信服。

引發(fā)爭(zhēng)論的要點(diǎn)在于，LIGO的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，這對(duì)中子星的質(zhì)量超出預(yù)期——其總質(zhì)量約為太陽(yáng)的3.4倍，比已知最大的雙中子星系統(tǒng)還要重0.5個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)的天文學(xué)家查德·漢納(Chad Hanna)這樣評(píng)價(jià)道：“這是已知最重的中子星，其質(zhì)量超乎想象。”

這個(gè)異常的質(zhì)量使一些科學(xué)家產(chǎn)生了懷疑，他們認(rèn)為GW190425可能不是由雙中子星的并合產(chǎn)生的，而是來(lái)自另一種更加奇特的事件——兩個(gè)原初黑洞(primordial black hole， PBH)的并合。暗物質(zhì)是遍布宇宙的某種不可見(jiàn)物質(zhì)，它可能占據(jù)了宇宙總質(zhì)量的23%。而原初黑洞被視為解釋暗物質(zhì)的候選者之一。一種理論認(rèn)為，在大爆炸后很短的時(shí)間內(nèi)，宇宙中的密度漲落形成了這種最古老的黑洞，它們一直存在至今，并且能夠解釋最近LIGO觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量異常。

大約半個(gè)世紀(jì)前，宇宙學(xué)家斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)提出，原初黑洞可能形成于物質(zhì)非常致密的宇宙嬰兒期。此后，這個(gè)理論在天文學(xué)家和宇宙學(xué)家中引發(fā)了廣泛的討論。直至今日 ，由于一直缺少原初黑洞存在的直接證據(jù)，許多科學(xué)家僅在萬(wàn)不得已的情況下才會(huì)考慮這一假設(shè)。不過(guò)，原初黑洞真實(shí)存在，并且在宇宙中廣泛分布的可能性依然不能排除。

科學(xué)家將原初黑洞視為暗物質(zhì)重要候選者的原因有很多，但最重要的一點(diǎn)在于，它們無(wú)法被直接觀測(cè)到，同時(shí)擁有巨大的引力，這符合我們對(duì)暗物質(zhì)的要求。盡管如此，漢納仍然表示，如果原初黑洞的數(shù)量真的多到足以解釋宇宙中所有暗物質(zhì)，那么過(guò)去天文學(xué)家對(duì)原初黑洞的搜尋就不應(yīng)該一無(wú)所獲。因此，他補(bǔ)充道，即使原初黑洞真的存在，它們也只能構(gòu)成暗物質(zhì)的一小部分。

也有人持不同的觀點(diǎn)。西班牙馬德里自治大學(xué)的理論宇宙學(xué)家胡安·加西亞-貝利多(Juan García-Bellido)認(rèn)為：“原初黑洞或許仍然足以構(gòu)成所有的暗物質(zhì)。”他隨后補(bǔ)充道，這種古老的天體可能具有一系列不同的質(zhì)量，而不是某個(gè)固定值。如果原初黑洞的質(zhì)量分布在一個(gè)巨大的范圍之中，例如從太陽(yáng)質(zhì)量的幾千分之一到十億倍，那么它們就有可能構(gòu)成宇宙中全部的暗物質(zhì)，卻仍未被我們發(fā)現(xiàn)。他表示：“目前發(fā)表的那些否認(rèn)原初黑洞構(gòu)成暗物質(zhì)的研究存在一個(gè)共同的問(wèn)題，那就是認(rèn)為所有原初黑洞的質(zhì)量都一樣，并且在空間中均勻分布。”如果原初黑洞存在如此大的質(zhì)量差異，那么它們必須緊密地成群分布，這樣才能發(fā)生碰撞和并合，從而變得更大。

由于理論認(rèn)為原初黑洞是在大爆炸后很短的一段時(shí)間內(nèi)形成的，因此它們最初應(yīng)當(dāng)很容易發(fā)生接觸。畢竟相比現(xiàn)在這個(gè)膨脹了近140億年的宇宙，早期的宇宙空間應(yīng)當(dāng)小很多，因此原初黑洞發(fā)生碰撞的可能性也更大。因此，LIGO團(tuán)隊(duì)的成員之一，紐約弗拉迪朗研究所的天文學(xué)家卡特琳娜·哈奇約安奴(Katerina Chatziioannou)認(rèn)為，盡管觀測(cè)到的引力波的確可能源于原初黑洞的并合，但這種事件發(fā)生的可能性微乎其微。她同樣是即將發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》(Astrophysical Journal Letters)的一篇文章的共同作者，該文中將GW190425觀測(cè)事件歸因?yàn)橹凶有桥鲎病?/p>

去年4月，在LIGO探測(cè)到GW190425號(hào)引力波后，全世界的望遠(yuǎn)鏡都開(kāi)始搜尋與之相關(guān)的電磁輻射信號(hào)——這也是雙中子星碰撞事件的典型標(biāo)志，然而天空仍然一片漆黑。哈奇約安奴表示：“如果是兩個(gè)原初黑洞發(fā)生了并合的話，的確不會(huì)有任何光出現(xiàn)。”盡管如此，她仍然補(bǔ)充道，沒(méi)有探測(cè)到光線也不能排除中子星并合的可能性。大質(zhì)量中子星的并合過(guò)程可能很平靜，因?yàn)樗鼈兿嘧埠罂赡苎杆佼a(chǎn)生了黑洞，而沒(méi)來(lái)得及釋放光芒。另一種可能是，這一并合事件發(fā)生的位置在地面望遠(yuǎn)鏡的探測(cè)范圍之外，例如在太陽(yáng)后面的區(qū)域。她說(shuō)：“有很好的理由能夠解釋，為什么我們沒(méi)觀測(cè)到光。”

這項(xiàng)觀測(cè)結(jié)果其實(shí)只能作為一種誘人的線索，暗示原初黑洞有可能存在，并且其中兩個(gè)碰巧在黑暗的宇宙中相遇了。如果未來(lái)能夠發(fā)現(xiàn)一對(duì)黑洞，并且它們的質(zhì)量都比太陽(yáng)還小的話，這一猜測(cè)才能真正得到證明。漢納說(shuō)：“如果你發(fā)現(xiàn)了一個(gè)質(zhì)量比太陽(yáng)還小的黑洞，那么至少以現(xiàn)有的天文學(xué)理論來(lái)說(shuō)，除了原初黑洞理論之外，我們沒(méi)有其他可以解釋其成因的機(jī)制。”對(duì)此，加西亞-貝利多也持有相同的看法：“如果能發(fā)現(xiàn)質(zhì)量小于太陽(yáng)，或高出(太陽(yáng))50倍的黑洞，那么我們就有確鑿證據(jù)了。”

盡管這或許是我們第一次探測(cè)到原初黑洞，但漢納和哈奇約安奴都認(rèn)為L(zhǎng)IGO這次的觀測(cè)結(jié)果更有可能僅來(lái)源于超重的中子星。畢竟，目前已經(jīng)有理論可以解釋質(zhì)量如此大的中子星是如何形成的，并且其形成過(guò)程并不需要依賴于某種巧合事件的發(fā)生。哈奇約安奴表示：“相比之下，(這一引力波事件源于)原初黑洞的可能性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于超出已知質(zhì)量的中子星的可能性。并不是說(shuō)它完全不可能，只是可能性很小。”

不過(guò)，盡管漢納等研究者都認(rèn)為GW190425不太可能源于原初黑洞的并合，加西亞-貝利多仍然對(duì)這一理論保持著樂(lè)觀的態(tài)度：“所有LIGO的觀測(cè)事件都有可能源于原初黑洞。”或許只有時(shí)間和更多的觀測(cè)數(shù)據(jù)，才能告訴我們答案吧。