藏身于恒星之中的黑洞？

我们或许可以想象，就在宇宙诞生之初，产生出极大数量的微小黑洞。这些所谓的“原初黑洞”（primordial black hole）在百亿年的时间里就在宇宙中穿行，甚至可能混迹于星际气体和尘埃之中，而当这些星际气体受到扰动，聚集起来便形成一颗恒星。这个极其微小的黑洞仍然藏身其间，从内部缓慢地蚕食恒星。这并不是科幻故事，而是天文学家最新的研究成果。这个想法虽然听起来大胆，却有可能帮助人类解开宇宙学最大的难题——“暗物质之谜”。而且这个想法的出现，居然还和流行音乐密切相关。

黑洞可以说是宇宙中最神秘的天体。根据黑洞的质量可以将其分为不同的类型，不同类型的黑洞也有各自不同的形成方式。不过在大多数人的认知中，黑洞主要是由死亡的恒星发生引力塌缩形成。那么，黑洞有没有可能就寄身于恒星的中心？这个想法初听起来难免让人感到荒谬。黑洞在恒星内部，难道不会立刻将恒星吞噬吗？如果这个黑洞的质量只相当于一颗小行星，大小只相当于一个氢原子，那么一切都可能有所不同。

马克斯·普朗克天体物理学研究所的博士后研究员厄尔·贝林格（Earl Patrick Bellinger）与同事们产生出一个大胆的猜想：宇宙中那些极其微小的黑洞有没有可能藏在恒星的中心？经过仔细研究，他们发现这个想法并非完全不可能。而且在理论上，天文学家甚至可能通过某些特征辨认出内部存在黑洞的恒星。2023年12月13日，贝林格与合作者在《天文物理期刊》（The Astrophysical Journal）发表论文《带有中心黑洞的太阳演化模型》（Solar Evolution Models with a Central Black Hole），为人类理解恒星演化过程提供了一个全新的思路。这篇论文迅速吸引了很多研究者的关注。

这个想法源起于几十年前。1971年，理论物理学家史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）提出了宇宙发展的一种可能：就在宇宙大爆炸发生之后，整个宇宙像是一碗稠密的“粒子汤”。在这种情况下，某些密度极大的区域有可能直接塌缩成为黑洞。这些“原初黑洞”大小不一，从微型黑洞到超巨型黑洞都可能有。它们可能在百亿年来一直弥漫在宇宙中，通过自身引力成为整个宇宙网络形成的关键点，甚至可能正是在宇宙中占到物质总量85%的“暗物质”。

那么该如何寻找这些目前仅在理论上存在的原初黑洞呢？天文学家认为需要注意在天空中忽然出现的“闪光”。因为其自身极强的引力效应，黑洞能够造成其附近光线运行路线的弯曲。因此，当某个黑洞恰好挡在一颗恒星之前，它可能对恒星发出的光线产生“透镜效应”——对于在地球上的观测者来说，这颗恒星的亮度就像是忽然增强了，犹如发出闪光。目前天文学家们还没有观测到这样的闪光。不过根据计算，如果这些原初黑洞过于微小，质量只相当于一颗小行星，大小只相当于一个氢原子，那么它们所造成的闪光也就过于微弱，无法被观测到。

贝林格与合作者们又向前迈出一步。他们开始研究，如果整个宇宙中的暗物质实际上都是由这种极其微小、无法被探测到的原初黑洞构成，会对宇宙造成怎样的影响？贝林格发现，在这种情况下，这种微小的原初黑洞可能随时会穿越太阳系。而一些原初黑洞有可能被困在那些孕育恒星诞生的星际气体之中，最终会处于一颗刚刚诞生的恒星的中心位置。

这个想法一开始让人觉得荒谬。不过经过计算，这种情形似乎并非完全不可能。在恒星内部有大量氢原子发生核聚变，产生出大量的光和热。在恒星的中心区域，大部分都是真空区域，对于一个微型原初黑洞来说，并没有太多物质可以供它吸收。理论上，这样的一个微型黑洞想要从内部吞噬一颗恒星，所需的时间要比整个宇宙存在的时间还长。

如果黑洞的质量更大一些，相当于一颗矮行星，那么在理论上它花费数亿年便可能从内部吞噬一颗恒星。在这种情况下，在黑洞附近的物质会沿着螺旋形的轨道被吸入黑洞。其周围的物质因为摩擦而产生大量的热量——当黑洞质量进一步增大到地球质量，被其内部黑洞所驱动的恒星就会释放出大量的辐射。随后，这样的恒星会冷却，演变为一个红巨星——虽然一些恒星，比如太阳在数十亿年后也会演变为一颗红巨星，但是在内部有黑洞存在的红巨星的温度会略低于普通红巨星。研究者们将这种恒星命名为“霍金星”（Hawking Star）。

这种纯粹理论上的设想有没有可能成为现实？欧洲空间局的“盖娅”（Gaia）卫星已经发现了大约500颗温度略低的红巨星。在它们的内部，是否真的可能存在着自从宇宙大爆炸初期便形成的原初黑洞？答案可能在这些红巨星的星光里。如果真的有内部黑洞存在，这些天体就有可能以某些特定的频率发生振动。天文学家则可能通过星光的特征辨认出这种特殊的振动频率。

在宇宙诞生初期所产生的黑洞，竟然能够与恒星相结合，甚至可能隐藏着关于暗物质的秘密。这个想法虽然还没有得到证实，却很容易让人过目不忘，感受到宇宙和科学的奇妙。这样的想法从何而来？贝林格介绍，自己喜欢弹奏吉他、贝斯和打鼓。他正是在20世纪90年代收听“声音花园”（Soundgarden）乐队的名曲《黑洞太阳》（Black Hole Sun）时产生了最初的灵感。

〔本文写作参考了《科学》（Science）杂志和《天文物理期刊》（The Astrophysical Journal）的相关报道〕 黑洞