原始黑洞可能会驱逐恒星并取而代之

原始黑洞是宇宙演化初期形成的天体。它们巨大的引力可能会对恒星系统造成严重影响，能够将能量传递给宽双星系统，从而扰乱它们的轨道。就像天体中的“恶霸”，它们的扰动可能导致极端的后果，比如将一颗恒星驱逐出系统，而这颗恒星可能会被黑洞所取代。一项新的研究正在探讨这些系统之间的相互作用，并寻找我们可能如何检测到它们。

这位艺术家的插图展示了原始黑洞可能是什么样子。实际上，如图所示，黑洞很难形成吸积盘。图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心

科学家们推测，在大爆炸后的最初时刻，黑洞就可能已经形成。这些黑洞并不是由超大质量恒星崩塌而成，而是由物质密度波动所导致的。那些密度极高的区域在自身引力的影响下会迅速坍缩，从而形成了被称为原始黑洞（PBHs）的天体。它们的大小差异很大，从亚原子尺度到质量超过太阳的黑洞都有可能。

关于原始黑洞是否真的构成了宇宙中的暗物质，目前仍在争论之中。天文学界普遍认为，虽然原始黑洞不可能完全解释暗物质的来源，但它们据了暗物质中达10%的比例，尤其是在行星质量范围内（即质量在10^-7到10^-3太阳质量之间）。然而，是否有任何原始黑洞能够解释宇宙中的暗物质，还需要进一步的分析。

研究人员正在绘制暗物质图，但他们不知道它是什么。这是局部宇宙中暗物质的3D密度图，银河系用X标记，圆点是星系，箭头表示从重建的暗物质引力势得出的运动方向。图片来源：Hong et al.， doi： 10.3847/1538-4357/abf040.

尽管研究人员在绘制暗质的分布图方面取得了一些进展，但对于暗物质的本质依然无从知晓。通过对当地宇宙的三维暗物质密度图进行观察，科学家们已在图中标记出银河系的位置，点状标记代表各个星系，而箭头则显示了根据重建的暗物质引力势能推导出的运动方向。如果从大尺度考虑，原始黑洞与粒子暗物质的背景是难以区分的。然而在小尺度下，原始黑洞的分布并不均匀，因此我们被迫寻找一种独特而全新的理论。尽管观察始黑洞以了解模型与现实的接近程度困难的，但研究它们与恒星系统的相互作用则是可行的。

俄克拉荷马大学的巴达尔·巴拉及其天文学家团队在一篇论文中探讨了原始黑洞与恒星双星系统相互时能量损失的方式。这些相互作用可能产生五种结果：

1. 硬化：两个绑定的物体向第三个自由物体传递能量，导致它们之间的距离减小；

2. 软化：自由物体向绑定系统传递能量，使得它们的距离增加，但仍保持绑定状态；

3. 破坏：自由物体向绑定系统传递足够的能量，使得组件变得不再绑定，所有物体继续不绑定状态；

4. 捕获：绑定物体捕获自由物体；

5. 替换：自由物体向绑定系统传递足够的能量以解除一个绑定物体的绑定，同时失去足够的能量以绑定于剩余的物体。

之前的研究探讨了原始黑洞与双星相互作用中的软化和破坏现象，以及捕获模型。该团队提出，硬化的可能性也不大，因此探讨了替换模型。他们发现，替换模型应该会导致银河系中存在一群原始黑洞双星，事实上，一些观测结果暗示它们可能确实存在。该团队还建议，通过系统的特性，可能有办法在双星系统中检测到次太阳质量的原始黑洞。现在需要进一步的观测来验证这一模型。发现双星系统中的黑洞可能是可检测的，这将有助于支持这些研究结果。

总之，原始黑洞不仅是宇宙演化中的重要组成部分，其与恒星的相互作用也可能为我们提供新的视角，让我们更好地理解宇宙的奥秘。