未来十年人类或有90%的机会看见黑洞爆炸

在特定条件下，我们可能每隔10年就能观测到一次黑洞爆发事件。

早期宇宙中的原初黑洞动画模拟。NASA GSFC

最新理论研究显示，某些特殊类型的黑洞可能会发生剧烈的高能爆发。美国马萨诸塞大学阿默斯特分校的物理学家提出，在特定条件下，我们可能每隔10年就能观测到一次这样的黑洞爆发事件。

宇宙中广为人知的黑洞主要分为两类：恒星级黑洞和超大质量黑洞。恒星级黑洞的质量相当于太阳的10到1000倍，由大质量恒星生命末期坍缩形成；而超大质量黑洞的质量可达数百万至数百亿个太阳质量，被认为是通过较小黑洞不断合并形成的。科学家目前已经获得了大量与这两类黑洞有关的直接或间接证据。

除此之外，理论上还存在一类更特殊的“原初黑洞”。这类黑洞比恒星级黑洞小得多，质量范围从巨行星到小行星级别不等。它们被认为是宇宙大爆炸后最初时刻（远不足1秒内）密度波动的产物，目前尚未被实际观测证实。

与普遍认知不同，黑洞并非只会吞噬物质。1974年著名物理学家霍金指出，黑洞会通过量子效应损失质量。在黑洞的“视界”附近，空间量子涨落产生的正反粒子对中如果有一个落入黑洞，另一个逃逸，就会产生辐射，相当于黑洞在向外辐射能量。这种现象被称为“霍金辐射”。“霍金辐射”发展到末期，黑洞质量下降到临界点时，会发生剧烈的辐射暴，在瞬间释放出大量高能伽马射线。

这一过程的温度与黑洞质量成反比：质量越小的黑洞，辐射温度越高，蒸发速度也越快。对于一个质量与太阳相当的黑洞，其霍金温度可以低至10⁻⁸K。而对于质量仅相当于一座山的原初黑洞，温度可高达10¹²K。

传统理论认为，观测到原初黑洞爆发的概率极低，大约每10万年才可能发生一次。但马萨诸塞大学的研究团队提出了一个创新性的“暗电荷”模型，彻底改变了这一认知。

该模型假设存在一种不与已知物质相互作用的“暗光子”，以及与其对应的“重暗电子”，可以让原初黑洞在形成时带上微量的“暗电荷”，延缓霍金辐射的过程。当黑洞质量降至临界值时，则会通过量子效应快速放电，触发与史瓦西黑洞类似的剧烈爆发。

在该理论模型成立的前提下，原初黑洞的爆发率会从传统理论认为的每10万年一次提升至每10年一次。而计算结果表明，若信号足够强且未被宇宙背景辐射掩盖，未来十年现有伽马射线望远镜观测到一次原初黑洞爆发事件的概率超过90%。

如果观测成功，那将是人类首次直接验证霍金辐射，并证实原初黑洞的存在。更重要的是，理论上这类爆发还有可能释放出包括暗物质在内的大量超越标准模型框架的未知粒子，帮助物理学家解决多个重大谜题。

参考

Could We Observe an Exploding Black Hole in the Near Future?

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/nwgd-g3zl