真的是原初黑洞？天文界估計(jì)要轟動(dòng)了！他們發(fā)現(xiàn)了不得了的黑洞

2025年底，一個(gè)來(lái)自約3億光年外的引力波信號(hào)，讓天文學(xué)家看到了疑似原初黑洞的波動(dòng)。

2025年11月12日，地球引力波探測(cè)器LIGO以及室女座探測(cè)器，同時(shí)捕捉到了一陣時(shí)空漣漪，這次的事件被編號(hào)為S251112cm，它來(lái)自兩個(gè)致密天體的并合。

這次的合并事件和以往的都不同，它讓整個(gè)天文界為之震動(dòng)：天文學(xué)家測(cè)算發(fā)現(xiàn)，這個(gè)系統(tǒng)的核心質(zhì)量指標(biāo)（啁啾質(zhì)量）是在0.1-0.87倍太陽(yáng)質(zhì)量之間，其中至少有一個(gè)天體的質(zhì)量是小于太陽(yáng)，這個(gè)結(jié)論的置信度超過(guò)99%，該事件的誤報(bào)率約為每4年1次，是一個(gè)統(tǒng)計(jì)上較為顯著的候選事件。

比太陽(yáng)小的黑洞，特殊在哪呢？

這里我們要先明確恒星演化的基本規(guī)則：我們已知的絕大多數(shù)黑洞，都是大質(zhì)量恒星死亡時(shí)核心坍縮的產(chǎn)物。

但要坍縮成黑洞，恒星核心必須足夠重，常規(guī)恒星演化形成的黑洞，前身星核心質(zhì)量至少要達(dá)到奧本海默極限（約太陽(yáng)的3倍質(zhì)量）。

所以它最終留下的黑洞殘骸質(zhì)量必然是要超過(guò)太陽(yáng)的，哪怕是恒星死亡留下的另一種致密殘骸中子星，質(zhì)量也不可能低于1倍太陽(yáng)質(zhì)量，以為白矮星的質(zhì)量上限（錢(qián)德拉塞卡極限）為1.44倍太陽(yáng)質(zhì)量，超過(guò)這個(gè)極限就會(huì)坍縮成中子星。

換句話說(shuō)，這次探測(cè)到的小質(zhì)量黑洞根本不可能是恒星演化的產(chǎn)物，它的起源，只能追溯到宇宙誕生的最初瞬間。

這種宇宙誕生之初就形成的黑洞，就是原初黑洞。

早在上世紀(jì)70年代，霍金等物理學(xué)家就提出了這個(gè)猜想：在宇宙大爆炸之后不到1秒的時(shí)間里，整個(gè)宇宙還只是一鍋滾燙致密的粒子湯，沒(méi)有恒星、沒(méi)有星系，甚至連質(zhì)子和中子都還沒(méi)成型，就在這個(gè)階段，宇宙發(fā)生了一次關(guān)鍵的相變——量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）相變，自由的夸克和膠子突然抱團(tuán)，形成了質(zhì)子和中子。

這個(gè)相變瞬間改變了宇宙的狀態(tài)方程，讓宇宙的密度分布出現(xiàn)劇烈的波動(dòng)。

那些密度遠(yuǎn)超周?chē)膮^(qū)域，會(huì)在自身引力作用下直接坍縮成黑洞。

這種黑洞和恒星形成的黑洞不同，原初黑洞的質(zhì)量沒(méi)有固定限制，可以小到和小行星相當(dāng)，也可以大到星系中心的超大質(zhì)量黑洞級(jí)別，剛好能覆蓋這次發(fā)現(xiàn)的亞太陽(yáng)質(zhì)量范圍。

更重要的是，如果原初黑洞大量存在，它們完全可以解釋宇宙中的暗物質(zhì)。

但這個(gè)猜想的最大短板一直是沒(méi)有確鑿的觀測(cè)證據(jù)，而S251112cm這個(gè)亞太陽(yáng)質(zhì)量引力波事件，剛好給了我們一個(gè)驗(yàn)證這個(gè)猜想的絕佳機(jī)會(huì)。

針對(duì)這一事件，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了定量分析，驗(yàn)證了該信號(hào)與量子色動(dòng)力學(xué)時(shí)期形成的原初黑洞模型的一致性。

他們基于量子色動(dòng)力學(xué)相變的原初黑洞模型，加入早期宇宙輕子味不對(duì)稱(chēng)的影響（簡(jiǎn)單說(shuō)就是早期宇宙中粒子與反粒子的微小數(shù)量差，會(huì)改變?cè)鹾诙吹馁|(zhì)量分布），構(gòu)建了覆蓋多個(gè)數(shù)量級(jí)的原初黑洞質(zhì)量函數(shù)，沒(méi)有先入為主地預(yù)設(shè)原初黑洞的數(shù)量。

隨后，他們算出了兩個(gè)關(guān)鍵數(shù)字：

第一，按照這個(gè)模型，以引力波探測(cè)器第三次運(yùn)行階段的靈敏度，每年應(yīng)該能探測(cè)到0.8次這類(lèi)亞太陽(yáng)質(zhì)量的雙黑洞并合。

第二，引力波探測(cè)器從第一次到第四次運(yùn)行，以第三次靈敏度為中間值近似，累計(jì)有效觀測(cè)時(shí)間4.35年，僅發(fā)現(xiàn)了這1個(gè)候選事件，換算后的實(shí)際觀測(cè)率為0.23次每年，95%置信區(qū)間為0.012-1.09次每年。

理論預(yù)測(cè)的0.8次每年，剛好完美落在實(shí)際觀測(cè)的誤差范圍內(nèi)，這不是巧合，而是理論與觀測(cè)的精準(zhǔn)吻合。

它直接證明了S251112cm這個(gè)事件，完全可以用原初黑洞的并合來(lái)解釋?zhuān)@是原初黑洞存在的強(qiáng)有力證據(jù)。

同時(shí)，也讓他們把這個(gè)結(jié)論延伸到了暗物質(zhì)的核心謎題上。

研究團(tuán)隊(duì)反過(guò)來(lái)用這次觀測(cè)給原初黑洞的豐度劃定了嚴(yán)格下限：在論文采用的模型與天體物理參數(shù)假設(shè)下，哪怕按最保守的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，原初黑洞至少也占了宇宙暗物質(zhì)總量的4%。

而他們模型采用的基準(zhǔn)值是在研究的質(zhì)量范圍內(nèi)，原初黑洞占暗物質(zhì)的33.9%，這個(gè)數(shù)值還能同時(shí)解釋引力波探測(cè)器此前觀測(cè)到的，3-200倍太陽(yáng)質(zhì)量的雙黑洞并合事件中的相當(dāng)一部分，相當(dāng)于一個(gè)模型同時(shí)解釋了兩個(gè)不同質(zhì)量范圍的引力波觀測(cè)結(jié)果。

當(dāng)然，科學(xué)研究必須保持嚴(yán)謹(jǐn)，我們還不能100%敲定這個(gè)事件就是原初黑洞。

首先，這個(gè)事件目前仍為候選體，最終的完整離線數(shù)據(jù)分析尚未完成，質(zhì)量參數(shù)仍存在調(diào)整的可能。

其次，有沒(méi)有其他可能的解釋?zhuān)勘热鐑蓚€(gè)亞太陽(yáng)質(zhì)量的中子星并合？

但中子星并合通常會(huì)伴隨千新星的明亮電磁信號(hào)，而該事件沒(méi)有明顯的電磁對(duì)應(yīng)體，后續(xù)全球數(shù)十臺(tái)光學(xué)和高能望遠(yuǎn)鏡對(duì)該天區(qū)做了密集觀測(cè)，也沒(méi)有找到符合事件距離限制的對(duì)應(yīng)體，基本排除了中子星并合的可能。

至于其他更奇特的致密天體，目前僅有理論猜想，沒(méi)有成熟可靠的形成機(jī)制，能自然解釋這次事件的只有原初黑洞。

論文同時(shí)強(qiáng)調(diào)，這次的分析并不局限于S251112cm這一個(gè)事件的特殊性質(zhì)，而是適用于任何確認(rèn)的亞太陽(yáng)質(zhì)量致密雙星并合探測(cè)。

現(xiàn)在，整個(gè)天文界都在等待三座引力波探測(cè)器的第五次觀測(cè)運(yùn)行（O5），升級(jí)后的探測(cè)器靈敏度更高，能捕捉到更遠(yuǎn)、更弱的信號(hào)。

如果O5階段能再探測(cè)到幾個(gè)這類(lèi)亞太陽(yáng)質(zhì)量并合事件，就能徹底實(shí)錘原初黑洞的存在。

未來(lái)，歐洲航天局計(jì)劃2035年發(fā)射的空間引力波探測(cè)器LISA，還有地面上靈敏度比LIGO高10倍的宇宙探測(cè)器，會(huì)帶來(lái)更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，從而徹底搞清楚原初黑洞到底占了暗物質(zhì)的多大比例，甚至能否完全解釋暗物質(zhì)。

這項(xiàng)研究于2026年2月發(fā)表在預(yù)印平臺(tái)。