科学家正调查太阳质量黑洞的起源及与暗物质的联系

黑洞的起源是什么，这个问题与另一个谜团--暗物质的性质有什么联系？暗物质包含了宇宙中大部分的物质，但其性质仍然未知。过去几年内，激光干涉仪引力波天文台（LIGO）发现了多个合并黑洞的引力波探测。

2017年物理学诺贝尔奖授予Kip Thorne、Barry Barish、Rainer Weiss，2020年物理学诺贝尔奖授予Andrea Ghez、Reinhard Genzel和Roger Penrose，以庆祝黑洞存在的最终确认。由此，理解黑洞的起源成为物理学界的核心问题。

令人惊讶的是，LIGO最近观测到了一个2.6太阳质量的黑洞候选体（事件GW190814，报道于《天体物理学杂志通讯》896（2020）2，L44）。 假设这是一个黑洞，而不是一颗异常巨大的中子星，那么它来自哪里？

太阳质量的黑洞特别耐人寻味，因为从传统的恒星演化天体物理学来看，它们并不是预期中的黑洞。这种黑洞可能产生于早期宇宙（原始黑洞），也可能是由现有的中子星 "嬗变 "而来。有些黑洞可能早在恒星和星系形成之前就已经在早期宇宙中形成。 这种原始黑洞可能构成暗物质的一部分或全部。 如果一颗中子星捕获了一个原始黑洞，黑洞就会从内部消耗中子星，将其变成一个太阳质量的黑洞。 这个过程可以产生一个太阳质量的黑洞群，不管原始黑洞有多小。 其他形式的暗物质可以在中子星内部积累，导致其最终坍缩成太阳质量黑洞。

发表在《物理评论快报》上的一项新研究推进了一项决定性的测试，以调查太阳质量黑洞的起源。这项工作由卡夫里宇宙物理与数学研究所（Kavli IPMU）研究员Volodymyr Takhistov领导，国际团队包括加州大学圣地亚哥分校物理学杰出教授、天体物理学和空间科学中心主任George M. Fuller，以及加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授、卡夫里IPMU客座高级科学家Alexander Kusenko。

正如该研究讨论的那样，中子星被暗物质（微小的原始黑洞或粒子暗物质积累）吞噬后剩余的 "嬗变 "太阳质量黑洞遵循原始宿主中子星的质量分布。由于中子星的质量分布预计在1.5个太阳质量左右达到峰值，因此较重的太阳质量黑洞不太可能来源于暗物质与中子星的相互作用。这表明，像LIGO探测到的候选事件，如果它们真的构成黑洞，则可能是来自早期宇宙的原始事件，从而极大地影响我们对天文学的理解。未来的观测将利用这一测试来研究和识别黑洞的起源。

此前，同一个国际研究团队也证明了小型原始黑洞对中子星的破坏可以带来丰富的观测信号，帮助我们理解重元素（如金和铀）的起源和银河系中心观测到的511 keV伽马射线过量等长期存在的天文学难题。