物理学家认为来自大爆炸的黑洞可能是暗物质

黑洞就像鲨鱼。优雅，简单，在大众的想象中比他们应得的更可怕，可能潜伏在我们周围深邃、黑暗的地方。

它们非常黑暗，很难估计宇宙中有多少黑洞，它们有多大。因此，2015年9月，当第一批引力波穿过激光干涉仪引力波天文台(LIGO)的探测器时，这真的是一个惊喜。此前，最大的恒星大小的黑洞最大的质量大约是太阳的20倍。这些新的恒星每个大约有30个太阳质量--不是不可想象的，只是有点奇怪。此外，一旦LIGO打开并立即开始听到这类天体相互融合的声音，天体物理学家们就意识到那里潜伏着的黑洞肯定比他们想象的要多。也许更多。

这些奇怪标本的发现为一个古老的想法注入了新的活力--这个想法在最近几年已经被边缘化了。我们知道垂死的恒星可以形成黑洞。但也许黑洞也是在大爆炸期间诞生的。可以想象，这种“原始”黑洞的隐藏群体可能构成暗物质，这是宇宙尺度上隐藏的拇指。毕竟，尽管进行了几十年的研究，但还没有暗物质粒子出现。如果我们真正需要的原料--黑洞--一直就在我们的眼皮底下，那会怎样呢？

“是的，这是一个疯狂的想法，”约翰·霍普金斯大学(Johns Hopkins University)宇宙学家马克·卡米扬科夫斯基(Marc Kamionkowski)说。他的团队在2016年发表了许多探索这种可能性的引人注目的论文之一。“但这并不一定比其他任何事情都疯狂。”

唉，在纽约大学天体物理学家亚辛·阿里-海穆德(Yacine Ali-Ha aid Moud)的一篇论文研究了这种类型的黑洞应该如何影响LIGO的发现率后，这种与原始黑洞的调情在2017年恶化了。亚辛·阿里-海穆德之前是乐观的卡米扬科夫斯基团队的成员。他计算出，如果新生宇宙产生了足够多的黑洞来解释暗物质，那么随着时间的推移，这些黑洞将形成双星对，彼此围绕着彼此越来越近，并以比LIGO观测到的高出数千倍的速度合并。他敦促其他研究人员继续使用替代方法调查这一想法。但许多人失去了希望。这一论点是如此具有说服力，以至于卡米扬科夫斯基说，它扼杀了他自己对这一假设的兴趣。

然而，现在，在最近的一系列论文之后，原始的黑洞想法似乎重新焕发生机。蒙彼利埃大学的宇宙学家卡斯滕·杰达姆齐克(Karsten Jedamzik)在上周发表在“宇宙学与天体粒子物理学杂志”(Journal Of Cosmology And AstroParticle Physical)上的最新研究中，展示了大量原始黑洞是如何导致与LIGO观测到的完美匹配的碰撞的。阿里-海穆德说，“如果他的结果是正确的--他似乎进行了仔细的计算--那将为我们自己的计算敲定最后一颗钉子。”在随后的论文中，阿里-海穆德也继续玩弄着原始的黑洞理论。“这将意味着实际上它们可能是所有的暗物质。”

“这很令人兴奋，”苏塞克斯大学的宇宙学家克里斯蒂安·伯恩斯(Christian Byrnes)说，他帮助激发了杰达姆齐克的一些观点。“他比任何人都走得更远。”

最初的想法可以追溯到20世纪70年代，由斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)和伯纳德·卡尔(Bernard Carr)共同完成。霍金和卡尔推断，在宇宙的头几分之一秒内，其密度的微小波动可能会赋予幸运-或不幸-区域太多的质量。这些区域中的每一个都会塌陷成一个黑洞。黑洞的大小将由该区域的地平线决定，地平线是以光速到达的任何点周围的一小块空间。地平线内的任何物质都会感觉到黑洞的引力并坠入其中。霍金的粗略计算表明，如果黑洞比小行星还大，它们今天可能仍然潜伏在宇宙中。

更多的进展出现在20世纪90年代。到那时，理论家们也有了宇宙膨胀理论，认为宇宙在大爆炸之后经历了一次极端膨胀的爆发。通货膨胀可以解释最初的密度波动来自哪里。

除了这些密度波动之外，物理学家还考虑了一个关键的转变，这将引导我们沿着崩塌前进。

当宇宙是新的时候，它所有的物质和能量都在难以想象的高温等离子体中沸腾。大约在十万分之一秒之后，宇宙冷却了一点，等离子体的松散夸克和胶子可以结合在一起形成更重的粒子。随着一些闪电般的粒子现在被捆绑在一起，压力下降了。这可能帮助了更多的区域塌陷成黑洞。

但早在20世纪90年代，没有人对夸克和胶子流体的物理学有足够的了解，以至于没有人能够准确预测这种转变将如何影响黑洞的生产。理论家无法说出原始黑洞应该有多大，或者预计会有多少。

此外，宇宙学家似乎并不真的需要原始黑洞。天文勘测扫描了成片的天空，希望找到像黑洞一样漂浮在银河系郊区的致密、黑暗的物体的海洋，但他们没有发现太多。相反，大多数宇宙学家开始相信暗物质是由被称为WIMP的超害羞粒子组成的。人们对特制的WIMP探测器或即将到来的大型强子对撞机很快就会找到它们的确凿证据的希望正在酝酿之中。

随着暗物质问题即将用蝴蝶结包裹起来，而且没有任何观测结果表明情况并非如此，原始黑洞就成了学术上的死水。“一位资深宇宙学家有点嘲笑我在这方面的工作，”Jedamzik说，他自己的兴趣可以追溯到20世纪90年代。“所以我不再这样做了，因为我需要一个永久的职位。”

当然，在那之后的几十年里，没有发现任何WIMP，也没有发现任何新的粒子(除了长期预测的希格斯玻色子)。暗物质仍然是暗的。

然而，今天人们对可能孕育原始黑洞的环境有了更多的了解。物理学家现在可以计算出压力和密度是如何从宇宙开始时的夸克-胶子等离子体演化而来的。伯恩斯说：“社区花了几十年的时间才解决了这个问题。”有了这些信息，马德里自治大学的伯恩斯(Byrnes)和胡安·加西亚-贝利多(Juan García-Bellido)等理论家在过去几年里一直在发表研究报告，预测早期宇宙可能不仅产生了一种大小的黑洞，还可能产生了一系列黑洞。

首先，夸克和胶子粘合成质子和中子。这导致了压降，并可能催生出一组原始黑洞。随着宇宙的持续冷却，像介子这样的粒子形成，造成另一次压力骤降和可能的黑洞爆炸。

在这两个时代之间，空间本身扩大了。第一批黑洞可以从它们周围的地平线吸收大约一个太阳质量的物质。第二轮可能会抓住大约30个太阳质量的价值-就像LIGO第一次看到的奇怪物体一样。“引力波拯救了我们，”加西亚-贝利多说。

在LIGO于2016年宣布第一个引力波后的几周内，原始的黑洞假说咆哮着重新焕发生机。但第二年，阿里-海穆德提出了他的论点，即原始黑洞碰撞的频率太高了，这给了支持者一个需要克服的主要障碍。

杰达姆齐克接受了挑战。在哥斯达黎加的一次长假期间，他对阿里-海穆德的论点进行了抨击。阿里-海穆德通过方程解析地完成了他的工作。但是，当Jedamzik对同一问题进行数值模拟时，他发现了一个转折。

原始黑洞确实会形成双星。但Jedamzik得出结论，在一个充满黑洞的宇宙中，第三个黑洞通常会接近最初的两个黑洞，并与其中一个黑洞互换位置。这个过程会一次又一次地重复。

随着时间的推移，这种从一个伙伴到另一个伙伴的摆动将使双星黑洞的轨道几乎是圆形的。这些伙伴相撞的速度会慢得令人难以置信。即使是数量庞大的原始黑洞也会如此罕见地合并，以至于整个假设仍然符合LIGO观测到的合并率。