原始黑洞真的是巨大的引力微子嗎？

（事件視界望遠(yuǎn)鏡是一個(gè)由八臺地面射電望遠(yuǎn)鏡組成的行星尺度陣列，它捕捉到了M87星系中心超大質(zhì)量黑洞及其陰影的圖像。）

（圖源：EHT協(xié)作）

天文學(xué)家不知道宇宙中最大的黑洞的起源，這些黑洞在宇宙學(xué)記錄中出現(xiàn)得如此之早，以至于我們可能不得不引用新的物理知識來解釋它們的出現(xiàn)。

新的研究提出了一個(gè)有趣的起源故事：第一個(gè)黑洞并不是來自恒星，而是來自一群超級奇異、超出假想的粒子，它們被稱為引力微子，得以幸存在大爆炸的第一個(gè)混亂年代。

宇宙有黑洞，然后才有大黑洞。宇宙中最大的黑洞，被恰當(dāng)?shù)孛麨椤俺筚|(zhì)量黑洞”（SMBHs），位于宇宙中幾乎每個(gè)星系的中心。甚至銀河系也有一個(gè)，一個(gè)400萬太陽質(zhì)量的怪物，被命名為人馬座A*。

有一點(diǎn)夸張

現(xiàn)代宇宙中的巨大黑洞是一個(gè)真正令人驚嘆的景象，但在過去的十年中，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了在恒星和星系誕生之初就存在的超大質(zhì)量黑洞，當(dāng)時(shí)的宇宙還沒有10億歲。

這很奇怪，因?yàn)閾?jù)我們所知，形成黑洞的唯一途徑是大質(zhì)量恒星的死亡。當(dāng)它們死后，會留下一個(gè)比太陽大幾倍的黑洞。為了達(dá)到超巨星的程度，它們必須與其他黑洞合并或消耗盡可能多的氣體，從而使數(shù)百萬太陽質(zhì)量膨脹。

這需要時(shí)間，很多時(shí)間。

在早期的宇宙中，恒星本身需要數(shù)億年才有第一次露面。據(jù)我們所知，與第一代恒星和星系一起形成的是超大質(zhì)量黑洞。但似乎沒有足夠的時(shí)間讓這些超大質(zhì)量黑洞通過尋常的恒星死亡途徑形成，所以出現(xiàn)了一些可疑的情況。

要么我們不了解黑洞生長的天體物理學(xué)的基本原理（這是完全可能的），要么第一個(gè)巨大的黑洞實(shí)際上是在更早、更原始的時(shí)代所形成的。但為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，創(chuàng)造這些可能的第一個(gè)黑洞的物理學(xué)必須驚奇一些。

引力的伙伴

有多奇怪？好吧，太奇怪了，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了目前已知物理學(xué)的界限。萬幸的是，理論物理學(xué)家每天都在努力工作，以超越目前已知的物理學(xué)界限。一個(gè)這樣的例子被稱為超對稱理論，這是物理學(xué)家試圖解釋粒子世界的內(nèi)部如何運(yùn)作以及預(yù)測新粒子的存在的一種嘗試。

在超對稱理論中，標(biāo)準(zhǔn)模型的每一個(gè)粒子（這是我們目前對亞原子領(lǐng)域的最佳理解）都與一個(gè)同伴配對。這種配對的原因是在描述自然的數(shù)學(xué)中發(fā)現(xiàn)的基本對稱性。但是這種對稱性被打破了（通過一些復(fù)雜機(jī)制的方法作用），所以超對稱的伙伴粒子不會簡單地在世界上漂浮，也不會在我們的粒子對撞機(jī)實(shí)驗(yàn)中隆重登場。

相反，由于對稱性的破壞，伙伴粒子被迫具有難以置信的質(zhì)量，如此高水平的質(zhì)量以至于它們只能出現(xiàn)在宇宙中能量最高的反應(yīng)中。到目前為止，我們還沒有在對撞機(jī)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)任何超對稱伙伴粒子的證據(jù)，但我們?nèi)栽趯ふ宜?/p>

當(dāng)研究繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，理論學(xué)家們會花時(shí)間擺弄研究各種模型和超對稱理論的可能性。在一種觀點(diǎn)中，有一種粒子叫做引力微子。引力微子是引力子的超對稱伙伴粒子，它本身就是承載重力的假想粒子。

如果你開始擔(dān)心這一切聽起來有點(diǎn)過于理想，那沒關(guān)系。引力微子的存在是高度推測性的，并不是基于任何現(xiàn)有的證據(jù)。但是，正如我們很快看到的那樣，一些引力微子模型賦予了它們一些非常特殊的性質(zhì)，使它們成為形成黑洞的種子。

參與挑戰(zhàn)

如果你想在早期的宇宙中制造黑洞，你必須通過一些挑戰(zhàn)。早在第一批恒星和星系出現(xiàn)之前，我們的宇宙就被輻射所主宰：高能的光線充斥著宇宙，對物質(zhì)指手畫腳，告訴每種物質(zhì)該做什么。

如果你想在那個(gè)輻射主導(dǎo)的時(shí)期創(chuàng)造一些隨機(jī)的黑洞，你必須迅速一點(diǎn)。因?yàn)槲覀冇钪嬷械哪莻€(gè)時(shí)代非?；靵y，一旦你形成了黑洞，你就必須讓它們活著。黑洞在被稱為霍金輻射的量子力學(xué)過程中逐漸衰弱，而小黑洞（例如，通過某種奇怪的亞原子過程形成的黑洞）會在它們獲得良好的機(jī)會之前迅速消失，更不用說得到超大質(zhì)量了。

填充重力，或至少一個(gè)假設(shè)粒子的觀點(diǎn)。根據(jù)最近發(fā)表在預(yù)印本期刊arXiv上的一篇研究文章，早期的高能宇宙可能正好具備了用引力微子填充宇宙的條件。由于它們的獨(dú)特性質(zhì)（最顯著的是，它們能夠快速引力吸引對方），它們可以快速形成微觀黑洞。

隨著時(shí)間的推移，在早期宇宙中，黑洞可能會變得足夠大，以至于它們可以在屈服于霍金蒸發(fā)之前盡情享受周圍的輻射。一旦輻射被清除，它們可能足夠大，可以通過正常的天體物理過程繼續(xù)收集物質(zhì)，為第一個(gè)超大質(zhì)量黑洞提供種子。

這是一個(gè)很長的觀點(diǎn)，但當(dāng)涉及到早期宇宙時(shí)，這是我們所擁有的最好的看法。

BY:Paul Sutter

FY: Raywannabethelight

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