黑洞通常被认为离我们的生活很遥远,但对一些物理学家而言,由于暗物质的难以捉摸,他们开始考虑一种可能性:小型黑洞可能已经穿过地球而未被察觉。
普通黑洞是在恒星耗尽核燃料后形成的,其质量通常远超太阳。如果一颗比太阳更重的黑洞穿越地球,不仅地球,整个太阳系都会受到严重影响,人类不可能忽视这种现象。然而,最近一篇发表在《暗宇宙物理学》上的论文提出了另一种观点,即原初黑洞。这些黑洞是在宇宙大爆炸时因局部密度波动形成的小型黑洞,质量可能只相当于一颗小行星,体积却仅有一颗原子大小。虽然我们无法直接观测到这类黑洞,但它会对外界产生引力作用,因此被认为是暗物质的候选成分之一。
论文指出,如果宇宙中存在原初黑洞,它们可能会导致一些空心小行星的出现,甚至在地球古老岩石中留下细长的隧道。具体来说,当一个原初黑洞被捕获在由熔岩构成核心的小行星内部时,它会吞噬掉中心部分的熔岩,而外层的固体岩石则依靠自身强度抵抗向内坍缩的趋势,最终形成空心结构。对于花岗岩或铁等常见物质,只要尺寸不超过地球半径的1/10,其材料强度就足以抵抗引力拉伸。因此,发现密度低且尺寸较小的空心小行星可能是原初黑洞存在的证据。
此外,研究人员还提出了一种在地球上寻找原初黑洞的方法。一颗质量为10²²克的原初黑洞穿越地球时,会在刚性物体上留下直径约0.1微米的隧道。尽管这样的黑洞穿过人体的概率极低,且即使穿过也不会造成显著伤害,但如果能在金属板上找到直径约1微米的隧道,则可以作为原初黑洞存在的间接证据。据计算,每10亿年在10平方米面积上大约会出现0.000001个这样的隧道,这为寻找暗物质提供了一种新途径。
天文学家认为,暗物质是解释星系旋转速度和宇宙演化过程的关键因素,但至今仍未找到明确的暗物质粒子。此前的研究主要集中在大质量弱相互作用粒子(WIMP)上,但随着实验精度提高,许多经典WIMP模型已被排除。去年,我国PandaX实验和意大利XENON实验分别报告了可能探测到太阳中微子背景的结果,这表明暗物质信号可能比太阳中微子还要微弱,增加了探测难度。因此,科学家们开始探索其他可能性,如轴子、原初黑洞以及修改牛顿动力学理论等。