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想象一个重量相当于一辆满载半挂卡车的黑洞——大约40公吨——并且它生活在恒星内部

想象一个重量相当于一辆满载半挂卡车的黑洞——大约40公吨——并且它生活在恒星内部。不是深夜电影里的科幻寄生虫。这是一个真实的理论可能性,前提是暗物质愿意伸出援手。

1974年,斯蒂芬·霍金证明黑洞并非完美黑色。它们通过霍金辐射泄漏能量,而且越小的黑洞消失得越快。一个大约\(10^{12}\) kg的原初黑洞需要大约宇宙的年龄才能蒸发。任何更轻的东西早就应该消失了——如果它独自漂浮在空旷的空间中。

这项新工作中描述的黑洞有所不同。它们不必是大爆炸的遗留物。它们可以稍后形成,就在中等子星或白矮星的致密核心中。这个想法是,超重、不对称的暗物质粒子被恒星捕获,沉降到中心,堆积起来,最终坍缩成一个微小的“内寄生”黑洞。

一旦这个种子存在,三方竞赛就开始了:

普通恒星物质如雨般倾泻而下,试图让黑洞变胖。新鲜的暗物质粒子不断抵达,添加更多质量。霍金辐射试图让它缩小消失。

对于一个极小的黑洞,平滑流体吸积的常规图景也失效了;入射粒子必须量子力学地处理,直到黑洞长大到足够大,让熟悉的流体描述接管。研究人员同时追踪了两种状态。

没有额外的暗物质供给,临界质量——仍能生长而不是蒸发的最大种子——在典型致密星条件下约为\(10^{10}\) kg。添加稳定的暗物质供应,这个阈值就会急剧下降。在富含暗物质的银河系凸起中,一个白矮星可以孕育一个从仅40公吨开始生长的黑洞。在相同环境中,一个中子星需要大约600吨。在更安静的银河系盘中,白矮星的数字上升到大约10,000吨。

这并不声称已经发现了一个40吨的黑洞。它只是说,在合适条件下,这样的物体可以有正增长率。给它足够的时间,它可能从内部吃掉其宿主恒星,留下一个全尺寸的黑洞。

同样的计算可以反过来用。如果某些质量和相互作用强度的暗物质太容易形成生长的黑洞,古老的毫秒脉冲星和白矮星早就应该被摧毁了。这些恒星仍然存在的事实因此对超重暗物质设定了限制。致密星一直在为我们运行一个长期实验;我们现在才开始解读结果。

旋转、磁场和其他细节仍可能改变这些数字。核心惊喜依然存在:有了暗物质作为帮手,一个不比卡车重的黑洞可以在恒星内部存活并生长,而不是蒸发成虚无。承包笑点碎碎念