未來十年人類或有90%的機會看見黑洞爆炸

在特定條件下，我們可能每隔10年就能觀測到一次黑洞爆發事件。

早期宇宙中的原初黑洞動畫模擬。

NASA GSFC

最新理論研究顯示，某些特殊類型的黑洞可能會發生劇烈的高能爆發。美國馬薩諸塞大學阿默斯特分校的物理學家提出，在特定條件下，我們可能每隔10年就能觀測到一次這樣的黑洞爆發事件。

宇宙中廣為人知的黑洞主要分為兩類：恒星級黑洞和超大質量黑洞。恒星級黑洞的質量相當于太陽的10到1000倍，由大質量恒星生命末期坍縮形成；而超大質量黑洞的質量可達數百萬至數百億個太陽質量，被認為是通過較小黑洞不斷合并形成的。科學家目前已經獲得了大量與這兩類黑洞有關的直接或間接證據。

除此之外，理論上還存在一類更特殊的“原初黑洞”。這類黑洞比恒星級黑洞小得多，質量范圍從巨行星到小行星級別不等。它們被認為是宇宙大爆炸后最初時刻（遠不足1秒內）密度波動的產物，目前尚未被實際觀測證實。

與普遍認知不同，黑洞并非只會吞噬物質。1974年著名物理學家霍金指出，黑洞會通過量子效應損失質量。在黑洞的“視界”附近，空間量子漲落產生的正反粒子對中如果有一個落入黑洞，另一個逃逸，就會產生輻射，相當于黑洞在向外輻射能量。這種現象被稱為“霍金輻射”。“霍金輻射”發展到末期，黑洞質量下降到臨界點時，會發生劇烈的輻射暴，在瞬間釋放出大量高能伽馬射線。

這一過程的溫度與黑洞質量成反比：質量越小的黑洞，輻射溫度越高，蒸發速度也越快。對于一個質量與太陽相當的黑洞，其霍金溫度可以低至10??K。而對于質量僅相當于一座山的原初黑洞，溫度可高達1012K。

傳統理論認為，觀測到原初黑洞爆發的概率極低，大約每10萬年才可能發生一次。但馬薩諸塞大學的研究團隊提出了一個創新性的“暗電荷”模型，徹底改變了這一認知。

該模型假設存在一種不與已知物質相互作用的“暗光子”，以及與其對應的“重暗電子”，可以讓原初黑洞在形成時帶上微量的“暗電荷”，延緩霍金輻射的過程。當黑洞質量降至臨界值時，則會通過量子效應快速放電，觸發與史瓦西黑洞類似的劇烈爆發。

在該理論模型成立的前提下，原初黑洞的爆發率會從傳統理論認為的每10萬年一次提升至每10年一次。而計算結果表明，若信號足夠強且未被宇宙背景輻射掩蓋，未來十年現有伽馬射線望遠鏡觀測到一次原初黑洞爆發事件的概率超過90%。

如果觀測成功，那將是人類首次直接驗證霍金輻射，并證實原初黑洞的存在。更重要的是，理論上這類爆發還有可能釋放出包括暗物質在內的大量超越標準模型框架的未知粒子，幫助物理學家解決多個重大謎題。

參考 Could We Observe an Exploding Black Hole in the Near Future? https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/nwgd-g3zl