原始黑洞是否存在？吞噬中子星噴出重元素成探測依據

重元素或為原始黑洞存在依據

新浪科技訊 北京時間8月28日消息，據國外媒體報道，宇宙大爆炸之後，宇宙中的物質立即變得極為稠密，還會如漣漪般隨意波動。會不會某些區域的密度達到足夠高之後、便坍縮形成了黑洞呢？

這種原始黑洞猜想已經在理論界流傳了一段時間，部分原因是因為，它們可以提供大量構成宇宙主體的暗物質。但要檢驗這種黑洞是否存在，就需要它們產生某種能被我們探測到的依據。對此，理論學家有些一籌莫展。不過，三名物理學家組成的團隊近日提出了一條探測依據：這種黑洞也許可以吞噬中子星，且在合適情況下，會向外噴出重元素。

事實還是結果

原始黑洞與通過巨恆星坍縮形成的黑洞有兩點區別。其一，原始黑洞的質量懸殊巨大，有的可能連一顆恆星都不到，有的則可能重達超新星爆炸時形成的任何物質的數千倍。其中較重的黑洞更具吸引力，因為它們可以解釋為何宇宙誕生后不久便出現了超大質量黑洞。

第二點區別是，原始黑洞在宇宙時間線上出現得更早。早在恆星誕生之前，暗物質的影響就已經十分明顯了，而在宇宙開始擴張之後形成的黑洞均以恆星為前身。由於原始黑洞出現得更早，也許現今暗物質中的一大部分都與其有關。不過有多項研究指出，具體多少也是有限度的。

問題在於，無論是上述的哪一點，我們都無法進行詳細考察，因此無法確定原始黑洞是否存在。因此，雖然這些天體從理論而言是成立的，但它們並沒有對當今宇宙造成什麼影響，使我們無從搜尋。

但如果這次科學家所言不虛，那就是另外一回事了。在此次發表的新論文中，作者們描述了原始黑洞吞噬快速旋轉的中子星時產生的特殊效果。

邂逅中子

請想象一個直徑與曼哈頓相當、以幾毫秒一圈的速度高速旋轉的圓球。如果往上面放一個黑洞，會發生什麼情況呢？

這就是這篇論文要解決的根本問題。黑洞吞噬物質的速度是有限制的，因此接觸黑洞后，中子星不會被立即摧毀。相反，黑洞會在中子星中央固定下來，從內到外將其吞噬一空。

黑洞吞食中子星時，中子星會逐漸收縮。由於角動量守恆，它會旋轉得越來越快。別忘了，它的旋轉速度本來就夠快了。最終，中子星靠近赤道的外層物質也許能夠達到逃逸速度。約等於太陽質量十分之一的物質將被甩入宇宙中。

在正常情況下，一堆中子顯然不夠穩定，將通過各種反應迅速轉化為原子。但論文作者指出，最終的產物將是質量較重、富含中子的原子核。這一點很有意思。重原子核通常是通過「快反應過程」（r-process）形成的，即中子的快速集聚過程。這需要用中子快速轟擊原子，使得原子還沒來得及對前一顆中子做出反應，就已經吸收了下一顆中子。最終，原子核中的質子和中子達到了一定數量，便形成了重元素。

雖然人們普遍認為超新星爆炸可以提供快反應過程發生的條件，但科學家仍在努力驗證這一點。不過，此次發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上的論文認為，這些重元素不需要超新星爆炸也可以形成。論文中指出，宇宙中重元素的分佈與原始黑洞和中子星的反應結果基本一致。

事實上，論文作者認為這種反應機制可以解答各種天文未解之謎，從非重複快速射電爆發，到超級超新星爆炸（kilonovas），再到星系產生暗物質的途徑。此外，黑洞本身便含有宇宙中約10%的暗物質。

此次研究的價值在於，它提出了一項預測。如果我們觀測到了附近的超級超新星爆炸或快速射電爆發現象，引力波探測儀也許能感受到某種擾動，但隨之而來的不會是黑洞旋轉合併時產生的正常波形，因為黑洞已經置身於另一天體內部。目前，我們只能再等上幾年，等更多的探測器被研發出來。然後繼續等待觀測半徑內發生某起上述天文事件。（葉子）