天體物理學家將在行星、小行星及地球物質中尋找原初黑洞
原初黑洞的理論已存在數十年，甚至有可能是難以捉摸的暗物質。然而，至今仍未有人觀測到原初黑洞。來自水牛城大學、凱斯西儲大學和國立東華大學的一對天體物理學家表示，這些小型黑洞可能會被巖石行星或小行星捕獲，從內部吞噬它們的液態核心，留下中空結構；或者，它們能在地球上非常古老的巖石中，甚至在古老建築的玻璃或其他固體結構中留下微隧道。
小型原初黑洞或許是早期宇宙中最有趣、最引人入勝的遺跡。
它們可作為暗物質的候選者，成為原初引力波的源頭，有助於解決諸如疇壁和磁單極子等宇宙學問題。
然而，到目前為止，仍未觀測到令人信服的原初黑洞候選者。
水牛城大學的德揚·斯托伊科維奇教授表示：「找到這些跡象的機會很小，但尋找它們不需要太多資源，而一旦找到原初黑洞的第一個證據，回報將是巨大的。」
「我們必須跳出框框思考，因為以前尋找原初黑洞的方法都無效。」
斯托伊科維奇教授和他的同事，來自凱斯西儲大學和國立東華大學的戴德昌博士，計算了一個中空小行星在不坍塌的情況下能有多大，以及原初黑洞穿過地球上物體的可能性。
戴博士說：「由於機率很低，我們把重點放在存在了數千、數百萬甚至數十億年的固體痕跡上。」
斯托伊科維奇教授補充道：「如果物體有液態的中心核心，那麼被捕獲的原初黑洞就能吸收液態核心，其密度比外層固體層的密度高。」
「如果物體受到小行星撞擊，原初黑洞可能會離開物體，只留下一個中空的殼。」
但這樣的殼體是否足以支撐自身，還是會在自身張力下坍塌呢？
研究人員將花崗巖和鐵等天然材料的強度與表面張力和表面密度進行了比較，計算出這樣的中空物體半徑不會超過地球半徑的十分之一，因此它更有可能是一顆小行星而不是一顆真正的行星。
斯托伊科維奇教授說：「如果比這個尺寸再大，它就會坍塌。」
「這些中空物體可以用望遠鏡探測到。透過研究物體的軌道可以確定其質量，進而確定其密度。」
「如果物體的密度與其大小相比太低，這就是它是中空的一個很好跡象。」
對於沒有液態核心的物體，原初黑洞可能只是穿過並留下一條直的微隧道。
例如，一個質量為1022克的原初黑洞會留下一條0.1微米厚的隧道。
一大塊金屬或其他材料可以透過監測是否突然出現這些隧道，成為有效的黑洞探測器，但在非常古老的材料中尋找現有的隧道，機會可能更大——從有數百年歷史的建築到有數十億年歷史的巖石。
然而，即使假設暗物質確實由原初黑洞組成，他們計算出一個原初黑洞穿過一塊有十億年歷史巨石的機率為0.000001 。
斯托伊科維奇教授說：「你必須權衡成本和收益。做這件事成本高嗎？不高。」
「所以，至少可以說，在你有生之年，原初黑洞穿過你的可能性很小。即使有一個穿過，你可能也不會注意到。」
「與巖石不同，人體組織的張力很小，所以原初黑洞不會將其撕裂。」
「而且，雖然原初黑洞的動能可能很大，但在碰撞過程中它無法釋放太多能量，因為它移動得太快了。」
「如果一個彈丸在介質中移動的速度比聲速快，介質的分子結構就沒有時間做出反應。」
「向窗戶扔一塊石頭，窗戶很可能會破碎。用槍射擊窗戶，很可能只會留下一個洞。」
該團隊的論文發表在《暗宇宙物理學》雜誌上。
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戴德昌、德揚·斯托伊科維奇。2024年。在行星、小行星及地球尋找小型原初黑洞。《暗宇宙物理學》46卷：101662；doi: 10.1016/j.dark.2024.101662
