可能遍佈整個宇宙的原初黑洞會撞上地球嗎?
據國外媒體報導,在許多人看來,黑洞是宇宙中相當可怕的存在。 它們無比黑暗,有著強大的引力,似乎有著某種不祥的意味。 如今,天體物理學家又提出了一種假想的黑洞類型:原初黑洞。 這種黑洞不是由恆星坍縮而成,而是形成於宇宙的最初時刻,並充斥於我們現今的宇宙。
那麼,一個這樣的遠古怪物沖向地球的幾率有多大? 一位天體物理學家對此進行了計算。
誕生於大爆炸
早期的宇宙既狂野又複雜,與我們今天所處的溫和宇宙截然不同。 在大爆炸的最初時刻,宇宙發生了劇烈的相變。 儘管科學家們已經初步理解了大爆炸最初幾分鐘的物理現象,但在那之前發生的事情卻一直籠罩在神秘之中——相關的數學計算也異常複雜。
要形成黑洞,需要一些相當極端的條件,比如一顆恆星在其生命的最後時刻發生坍縮。 在宇宙誕生的最初幾秒鐘里,恆星並不存在,但可能存在形成黑洞的合適條件;原初黑洞的形成,所需要的只是將大量的物質或能量塞進一個足夠小的空間。
在宇宙遙遠的過去,在我們尚未探測到的宇宙未知領域,可能正好存在一些條件,使原初黑洞充斥著整個宇宙。 這些黑洞可能有不同的品質,取決於它們形成的條件。 不過,科學家幾十年來對原初黑洞的搜索毫無結果,使人們對它們的興趣逐漸減弱。 直到不久前,我們終於有了一個高效的探測工具——鐳射干涉儀引力波天文臺(LIGO)。
當LIGO首次探測到黑洞碰撞所產生的引力波時,天文學家發現,這些黑洞的質量相當奇特,每一個都有太陽品質的幾十倍。 這個品質範圍很難通過常規的恆星黑洞合併來實現,因為這樣的合併事件必須足夠頻繁,才有可能形成如此規模的黑洞。 於是,原初黑洞又回到了天文學家的視野當中。
尋找原初黑洞
關於早期宇宙發生的各種過程,如果有某種奇特的機制能產生黑洞的話,那就不會只產生幾個黑洞,而是會充滿整個宇宙。 事實上,宇宙中可能存在著足夠多的原初黑洞,至少可以作為一部分暗物質的解釋;據天文學家估計,神秘的暗物質佔宇宙中所有物質的80%以上。
最近發表在預印本資料庫arXiv上的一篇論文中,科學家假設宇宙中可能存在著數量驚人的小型黑洞。 它們會經歷怎樣的變化?
事實上,黑洞並不是100%黑色的,它們會通過霍金輻射失去品質。 霍金輻射是發生在黑洞事件視界的複雜量子力學過程,允許一些粒子和輻射從黑洞逃逸。 黑洞越小,其質量損失就越快。 小於1億噸的黑洞——比一顆典型的小行星略輕——在當前的宇宙年齡中將失去大約一半的品質。 對於更大的黑洞,在當前的宇宙年齡下,只會因霍金輻射損失一小部分品質。
每個星系中小型黑洞的總數取決於星系中有多少暗物質,以及每個黑洞有多大。 不過,無論怎麼分,不同星系中應該都有很多小型黑洞。
而且,這些黑洞的運行都很快。 根據計算機類比和星系動力學的觀察結果,暗物質的速度超過每秒160公里。 以這樣的速度,一個小行星品質的黑洞可以在幾周內覆蓋木星和地球之間的距離。 那麼,我們應該害怕這些黑洞撞上地球嗎?
原初黑洞與地球的碰撞
如果一個小行星品質的黑洞撞擊地球會發生什麼? 簡單來說:滅頂之災。 黑洞會像一把加熱的刀刺穿黃油一樣,刺穿我們星球的表面;另一方面,黑洞會立即開始減速,因為它會與地球的引力相互作用。 任何原子或分子(或者我們每個人)在穿過事件視界之後,就會從已知的宇宙中溜走,再也看不見。 事件視界是黑洞的邊界,在這個邊界之內,任何東西,甚至光,都不能逃脫。
在最理想的情況下,黑洞會從地球的另一側離開,留下倖存者來收拾殘局。 在最糟糕的情況下,黑洞會落在地核的位置,在那裡地球的引力將足以讓黑洞開始”進食”。 最終,黑洞會吞噬我們整個星球。
值得慶幸的是,根據這篇論文的計算,黑洞落在地核上的幾率相當小——它們的運行速度實在太快了。
另一方面,地球與黑洞的遭遇還會導致另一個令人不快的結果:升溫。 在穿過地球的過程中,黑洞會吸積物質,而吸積會產生熱量(啟動星系核的也是這種熱量)。 一個小行星品質的黑洞撞上地球后,最終釋放的能量與1公里寬的小行星撞擊所釋放的能量差不多。 在6500萬年前,一顆如此規模的小行星撞擊地球后,導致了恐龍的滅絕。
幸運的是,黑洞碰撞可能非常罕見。 根據這篇論文的計算,在最「樂觀」的情況下(以科學家的標準,即星系中黑洞的數量達到最大值的情況),可能每十億年左右才會發生一次碰撞。 因此,對於所謂的黑洞撞地球,我們不必過於擔心。