原初黑洞（Primordial black hole）是一種假想的黑洞型別，形成於宇宙最早的時刻。根據理論模型，在宇宙大爆炸後最初的一小段時間內有著極高的壓力與溫度，物質密度的微小波動就可能造成區域性區域的密度達到形成黑洞的條件。雖然大多數的高密度區域很快因宇宙的膨脹而散開，但原初黑洞則會保持穩定直至今日。雖然我們從未偵測到原初黑洞，但它們具有暗物質的所有必要屬性，例如不發光，能夠聚集在星系周圍。如果它們存在，就能解釋大部分的暗物質。
圖說：原初黑洞的觀測極限。(Credit: S. Profumo)
缺點是，大多數原初黑洞候選者已經被觀測排除。例如，要解釋暗物質，就必須有許多這樣的引力小點，它們經常會從恆星前面經過，將產生應可定期觀察到的微透鏡耀斑。然而，幾次巡天調查都沒有找到這樣的事件，所以原初黑洞暗物質現在不是一個流行的想法。發表在arXiv論文預印本網站上的一項新研究採用略有不同的方法。它考慮的不是典型的原初黑洞，而是超輕黑洞（Ultralight black hole），它們的質量非常小，以至於霍金輻射會發揮作用。霍金衰變的速率與黑洞的大小成反比，所以這些超輕黑洞應該會在很短的宇宙時間尺度內衰變至生命終點。由於我們沒有一個完整的量子重力模型，不知道超輕黑洞最終會發生什麼。
正如作者所指出的，基本上有三種可能的結果。第一種假設是黑洞完全向外輻射，將以高能粒子的短暫閃光結束。第二種是某種機制阻止了完全蒸發，使黑洞達到某種平衡狀態。第三種與第二種類似，但在此情況下，平衡狀態導致視界消失，留下一個暴露在外的緻密質量，即裸奇點。作者也指出，對於後兩種結果，物體可能具有淨電荷。
對於蒸發的情況，最大的未知將是蒸發的時間尺度。如果原初黑洞最初很小，它們會迅速蒸發，並增加早期宇宙的再加熱效應。如果它們蒸發得很慢，我們應可看到它們的死亡是伽馬射線的閃光。這兩種效應都沒有被觀測到，但是像費米伽瑪射線太空望遠鏡（Fermi Gamma-ray Space Telescope）等探測器可能會捕捉到其中的一種。
對於後兩種選擇，作者認為將在普朗克尺度附近達到平衡。殘餘物的大小和質子差不多，但質量要大得多。不幸的是，如果這些殘餘物是電中性的，就不可能被偵測到。它們不會衰變成其他粒子，也不會大到可以直接偵測到。這與觀察結果相符，但不是令人滿意的結果，因這個模型本質上是無法證明的。如果這些粒子確實帶有電荷，那麼我們可能會在下一代微中子探測器中探測到它們的存在。這項研究的主要內容是，目前的觀測並沒有完全排除原初黑洞存在的可能性。在有更好的資料之前，這個模型加入了許多其他可能性的理論。（編譯／吳典諺）
資料來源：phys.org
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