在我們生活的銀河系中央,盤踞著名為人馬座A*的超大質(zhì)量黑洞,其質(zhì)量約相當(dāng)于太陽質(zhì)量的430萬倍。幾乎每個星系的中央都有這類中央大黑洞,還有些黑洞是大質(zhì)量恒星死亡后坍縮形成的。除了這兩類最常見的黑洞,宇宙中還存在著一種非常古老的黑洞:原初黑洞。
20世紀(jì)60年代,蘇聯(lián)物理學(xué)家雅科夫·澤爾多維奇和英國物理學(xué)家斯蒂芬·霍金,分別計(jì)算出了原初黑洞存在的依據(jù)。剛誕生的宇宙遠(yuǎn)沒有今天那么大,也就是說今天宇宙中的一切,曾經(jīng)都被局限在一個不大的區(qū)域。由于宇宙在早期的物質(zhì)分布太過密集,在其中一些物質(zhì)密度過高的區(qū)域,物質(zhì)會直接形成黑洞。
原初黑洞形成的條件特殊,不同原初黑洞之間的質(zhì)量也天差地別——理論上最小的原初黑洞的質(zhì)量僅為一枚回形針的十萬分之一,大的則能接近一顆矮行星(例如冥王星)的質(zhì)量。
這些古老黑洞的壽命非常長,其中蘊(yùn)藏了關(guān)于宇宙形成之初的信息,因此被譽(yù)為宇宙化石。理論上,一些誕生中的恒星在吸積周圍物質(zhì)時,會偶爾捕獲原初黑洞,這樣一來,原初黑洞就會占據(jù)這顆成型中的恒星的中央?;艚鹪?0 世紀(jì)70 年代首次指出這類天體的存在,這類恒星也被稱為霍金星。
當(dāng)霍金星內(nèi)部的原初黑洞很小時,恒星和黑洞相安無事,恒星可以順利走完整個生命周期。但如果恒星內(nèi)部的原初黑洞足夠大,吞噬了太多恒星內(nèi)部物質(zhì),總有一天會造成恒星內(nèi)部的聚變反應(yīng)戛然而止,從而讓恒星提前進(jìn)入紅巨星階段,并且以這種方式形成的紅巨星會比正常的紅巨星更暗。
以太陽為例,太陽的壽命還剩余約50 億年,如果太陽內(nèi)部存在一顆十億分之一太陽質(zhì)量的原初黑洞,那么在這個黑洞的吞噬下,太陽的核聚變?nèi)剂现荒茉僦嗡紵? 億年。不過,根據(jù)目前掌握的信息,太陽內(nèi)部存在黑洞的概率非常低。