太陽中心可能是個黑洞？這個看似離譜的觀點其實還真有科學(xué)依據(jù)。

我們知道，自然界中的黑洞至少也得兩三倍太陽質(zhì)量（奧本海默極限嘛），所以太陽里如果有黑洞的話，那肯定不是恒星坍縮形成的那種恒星級黑洞，只能是更小的黑洞?？墒蔷退闶前颜麄€太陽直接壓縮成黑洞，半徑也不過 3 公里而已。所以如果太陽中心是個黑洞的話，這個黑洞顯然會非常非常小。這么小的黑洞是哪來的呢？

沒錯，當(dāng)然是“原初黑洞”了！

由于當(dāng)時的宇宙中還沒有恒星，所以這些黑洞不需要經(jīng)歷恒星坍縮這一步，它們是由宇宙中的原始?xì)怏w云直接坍縮形成的，因此大小沒有限制。它們大的可以大到上百萬個太陽；而小的可以小到肉眼根本看不見的程度。

有人可能會說：“這么小的黑洞，估計早就被霍金輻射蒸發(fā)干凈了吧？”

還真不一定！

理論上來說，黑洞的蒸發(fā)速率和它質(zhì)量的平方成反比，因此，越小的黑洞確實蒸發(fā)得越快。如果一個黑洞從宇宙誕生之初開始蒸發(fā)，直到今天仍然沒有蒸發(fā)干凈的話，那這個黑洞就是理論上自然界可以存在的最小黑洞，而它所具有的質(zhì)量被稱為“霍金蒸發(fā)極限”，這個值大約是 10 億噸。

“10 億噸”乍一聽好像很大，實際上這個質(zhì)量只相當(dāng)于一座小山丘。而把一座山壓縮成黑洞，它的大小充其量只有一個原子大小。也就是說，只要這個黑洞比一個原子大，那么它就有可能存活至今。

黑洞本就不容易看到，加上還這么小，那假如宇宙中真的存在這種完全看不見的微型黑洞，而且是大量存在的話，有沒有覺得它們很像一種我們一直在找但又沒找到的東西？沒錯，就是暗物質(zhì)。這也是原初黑洞被作為暗物質(zhì)候選者的原因。

如果只算恒星演化形成的黑洞，我們銀河系可能包含 1 億個這樣的恒星級黑洞。平均下來的話，它們相互之間的距離大約有 100 萬個天文單位，也就是 16 光年。但是如果把剛才說的那種看不見的微型原初黑洞也包括進去的話，那么銀河系中每個黑洞的平均距離將縮小至 1 個天文單位，這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了銀河系中恒星的數(shù)量和密度。假如真是這樣的話，恒星捕獲一只小黑洞完全就是個大概率事件，甚至于一些恒星的形成就是由于這些小黑洞的原因。

關(guān)于“恒星中可能存在黑洞”的觀點，最早可以追溯到上世紀(jì)七十年代霍金的一篇論文。

在那篇文章中，霍金描述了恒星中心可能會存在一種質(zhì)量極低的引力塌縮體。之后人們發(fā)現(xiàn)，霍金的這個猜想可能還真有點道理。因為人們發(fā)現(xiàn)，太陽釋放出的中微子和理論計算出來的差了不是一星半點。因此有人推測，太陽的能量除了核聚變外，或許還有其他產(chǎn)生方式。

我們知道，黑洞吞噬物質(zhì)主要是通過吸積盤。也就是先通過潮汐力把物體撕碎，讓它在周圍形成高密度的氣體盤，這些氣體盤中的物質(zhì)在向中心旋近的過程中，由于內(nèi)外圈的轉(zhuǎn)速不一致會使得氣體粒子之間產(chǎn)生劇烈的摩擦和碰撞，該過程會產(chǎn)生大量能量并向外輻射出來。論能量轉(zhuǎn)化效率，黑洞吸積盤至少可以達(dá)到 10% 以上，相比之下，核聚變還不到 1%。

這種由黑洞吸積產(chǎn)生的能量，一方面可以替代核聚變來抗衡恒星的引力坍縮，另一方面它不會像聚變反應(yīng)那樣產(chǎn)生多余的中微子，所以這個猜想正好可以用來解釋太陽的中微子缺失問題。于是人們將這種可能包含微型黑洞核心的概念恒星稱為“霍金星”。

然而 20 世紀(jì)末，一項意外發(fā)現(xiàn)讓整件事情有了新的進展。

1998 年，原本用于探測質(zhì)子衰變的日本超級神岡探測器首次發(fā)現(xiàn)了中微子振蕩現(xiàn)象。所謂中微子振蕩，指的是中微子在運動過程中會“變味”。這里的“味”是和質(zhì)量、電荷類似的一種粒子的基本屬性?！拔兜馈钡母淖円馕吨形⒆訌囊环N中微子變成了另外一種中微子。

由于太陽中微子主要是由氫氦聚變產(chǎn)生，理論上它只能釋放電中微子，之前各個探測器也都是為了捕捉這種電中微子設(shè)計的。但是這些電中微子在飛向地球的過程中，有至少一半以上“變了味”。那些變了味的中微子由于逃脫了探測，因此太陽的中微子才出現(xiàn)了缺失。

繼神岡探測器發(fā)現(xiàn)中微子振蕩現(xiàn)象后，科學(xué)家果真探測到了太陽發(fā)出的所有中微子種類，至此太陽中微子缺失的問題才算得到了解決，同時“太陽里有黑洞”的想法也被人們逐漸淡忘。

然而前不久，一篇發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志》的文章中，作者重新研究了具有黑洞核心恒星的具體演化情況。

你可能也會好奇：恒星里如果真有黑洞的話，這黑洞難道不應(yīng)該從內(nèi)到外把整個恒星給吞了嗎？

為了搞清楚這個問題，研究人員使用不同的黑洞初始質(zhì)量與不同的吸積模型，模擬了一顆中心存在黑洞的太陽是如何演化的。結(jié)果他們驚訝的發(fā)現(xiàn)，如果黑洞初始質(zhì)量足夠小，那么這顆太陽的表面特征將和普通恒星幾乎沒有任何差別，只有在演化后期的紅巨星階段才能表現(xiàn)出一些不一樣的特征。

對于一顆具有小行星質(zhì)量、只有粒子大小的黑洞，它對周圍環(huán)境和物質(zhì)的影響十分有限，對恒星的吞噬過程也會非常緩慢，這將導(dǎo)致其所在的這顆恒星壽命比普通恒星長得多。但當(dāng)黑洞的初始質(zhì)量比較大時（比如地球質(zhì)量的黑洞），此時該黑洞就會像《異形》中侵入人體的抱臉蟲一樣，在恒星體內(nèi)不斷吞噬長大，直到掏空恒星內(nèi)部。

在吞噬恒星物質(zhì)的過程中，當(dāng)黑洞吸積產(chǎn)生的能量足夠大時，太陽核心的聚變反應(yīng)將被迫停止，接下來太陽會以一顆普通恒星的樣子持續(xù)發(fā)光發(fā)熱數(shù)十億年。之后，太陽將膨脹成一顆比紅巨星小得多的亞紅巨星。屆時，太陽的外層不會到達(dá)通常認(rèn)為的火星軌道，而是最多只到水星軌道的 1/10 處便停止了。

雖然這種情形下地球可以幸免于難，但是地球上的生命可就不一定了。膨脹后的太陽輻射到地球表面的熱量，足以讓海洋沸騰不止。面對“燒烤配魚湯”的地球，除非人類往太陽系外圍遷移，否則我們的整個文明必將就此終結(jié)。而太陽的結(jié)局也將不再是顆白矮星，最終它將成為一顆亞太陽質(zhì)量的小黑洞。

以上這些猜測聽起來有點天方夜譚，那有沒有方法能檢驗它呢？

通過對地震波的研究我們可以了解地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，同樣，對恒星振動的研究也能讓我們對恒星的內(nèi)部有一定了解，這在天文學(xué)上被稱為“恒星地震學(xué)”，也叫“星震學(xué)”。

目前根據(jù)對太陽的星震學(xué)研究，我們并沒有在其內(nèi)部發(fā)現(xiàn)有黑洞存在的跡象。當(dāng)然，也不排除是黑洞太小所以探測不到的原因。比如如果太陽內(nèi)部的黑洞只有水星質(zhì)量（直徑大概 1mm 左右），那么目前我們確實沒辦法探測出來。

既然探測不出來，那“恒星內(nèi)部存在黑洞”的這個說法是不是仍舊只是純腦洞的猜測呢？

根據(jù)對一些球狀星團中恒星和白矮星的研究，對于它們?yōu)楹尉哂袠O高氦豐度的現(xiàn)象，現(xiàn)有模型很難給出解釋。但是如果考慮具有黑洞核心的恒星模型，那么一切似乎就說得通了。除此之外，從引力波探測數(shù)據(jù)中，科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的大質(zhì)量黑洞合并事件。它們的質(zhì)量已經(jīng)超過了正常的恒星級黑洞范圍，這些罕見的中等質(zhì)量黑洞或許就是由具有原初黑洞為核心的恒星演變來的。

總的來說，早年為解決太陽中微子缺失問題，曾有觀點以太陽中心存在微型黑洞予以解釋。后來，隨著中微子振蕩被發(fā)現(xiàn)，太陽內(nèi)部存在黑洞這事就被淡忘了。而如今，科學(xué)家借助原初黑洞，從理論可能性角度出發(fā)，再次證明了一個包含黑洞核心的恒星確實是有可能的。這一理論不但開辟了新的恒星演化模型，同時對中等質(zhì)量黑洞（包括超大質(zhì)量黑洞）的形成也提供了新的思路。

等一下

如果原初黑洞在恒星的形成中可以發(fā)揮作用，那它們是否也會在其他吸積過程中同樣發(fā)揮作用？比如行星的形成？

假如部分暗物質(zhì)真的是由處于霍金蒸發(fā)極限附近的微型黑洞構(gòu)成的話，那么這些微型黑洞的平均距離僅有 1 個天文單位，這恰好也是地球和太陽之間的距離。這意味著，如果太陽中心真有一個水星大小黑洞的話，地球中心存在一個更小的低質(zhì)量黑洞豈不也是也有可能嗎？

參考資料：

• [1] https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad04de

• [2] https://arxiv.org/abs/2312.07647

• [3] https://academic.oup.com/mnras/article/152/1/75/2604549

• [4] https://www.discovermagazine.com/the-sciences/could-a-black-hole-sit-at-the-center-of-the-sun

• [5] https://www.universetoday.com/164864/could-there-be-a-black-hole-inside-the-sun

• [6] https://briankoberlein.com/post/black-hole-sun

• [7] https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2013/10/aa21949-13/aa21949-13.html

本文來自微信公眾號：Linvo 說宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo

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總結(jié)

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