讓我們做一個科學實驗： 如果我們假設宇宙大爆炸之後產生了大量非常小的黑洞（即所謂的原始黑洞），那麼在新恆星的形成過程中，其中一些黑洞可能會被捕獲。這會對恆星的壽命產生什麼影響？

在一種假設情況下，小型原始黑洞可能會被新形成的恆星捕獲。由馬克斯-普朗克天體物理研究所的研究人員領導的一個國際研究小組現在對這些所謂的”霍金恆星”的演化過程進行了建模，發現它們的壽命會出奇地長，在許多方面都與普通恆星相似。小行星測量學可以幫助識別這類恆星，進而檢驗原始黑洞的存在及其作為暗物質組成部分的作用。

馬克斯-普朗克天體物理研究所（MPA）恆星部主任塞爾瑪-德-明克（Selma de Mink）說：「科學家有時會提出一些瘋狂的問題，以便了解更多情況。我們甚至不知道這樣的原始黑洞是否存在，但我們仍然可以做一個有趣的思想實驗。”

原始黑洞應該是在宇宙早期形成的，其質量範圍很廣，小到一顆小行星，大到數千個太陽質量。它們可能是暗物質的重要組成部分，也可能是現今星系中心超大質量黑洞的種子。

在思想實驗中將小黑洞置於太陽中心的圖像。圖片來源：© MPA，背景圖片： 維基媒體/創作共用空間。

在極小的機率下，一顆新形成的恆星可能會捕獲一個質量相當於小行星或小衛星的黑洞，然後黑洞就會佔據恆星的中心。這種恆星被稱為”霍金星”，以史蒂芬-霍金的名字命名，他在20 世紀70 年代的一篇論文中首次提出了這一觀點。位於這種霍金恆星中心的黑洞只會緩慢增長，因為流出的光度阻礙了為黑洞提供能量的氣體的流入。

現在，一個國際科學家小組用不同的黑洞初始質量和不同的恆星中心吸積模型，模擬了這樣一顆恆星的演化過程。他們得出了驚人的結果：當黑洞質量較小時，恆星與普通恆星基本上沒有區別。

領導這項研究的MPA 博士後、現耶魯大學助理教授厄爾-帕特里克-貝林格（Earl Patrick Bellinger）說：”中心藏有黑洞的恆星壽命會出奇地長。我們的太陽中心甚至可能有一個和水星一樣大的黑洞，而我們卻毫無察覺。”

這兩張圖分別顯示了一顆質量與太陽相當的恆星在沒有（左）和有（右）初始質量類似於小行星的黑洞情況下的徑向演化過程。黑色實線表示光球半徑，垂直虛線表示太陽目前的年齡。紅色區域顯示的是氫在核聚變中轉化為氦的地方，在黑洞開始明顯增長之前，氦提供了太陽的大部分光度（黑色區域；在較低年齡段，黑洞太小，無法在此圖中看到）。黑洞驅動對流，使恆星最內部的混合在一起。請注意y 軸的不同比例。

這樣的霍金恆星與普通恆星的主要差異在於核心附近，由於黑洞的吸積，核心將變成對流形態。它不會改變恆星表面的特性，也無法躲避目前的探測能力。不過，可以利用相對較新的星震學領域進行探測，天文學家正在利用聲學振盪探測恆星的內部。

此外，在恆星演化的後期，也就是紅巨星階段，黑洞可能會產生特徵訊號。隨著PLATO 等計畫的開展，這樣的天體可能會被發現。不過，要確定將黑洞放入不同質量和金屬性的恆星中會產生什麼影響，還需要進一步的模擬。

「如果原始黑洞確實是在宇宙大爆炸後不久形成的，那麼尋找霍金星可能是找到它們的一種方法。」研究報告的共同作者、伊利諾伊州立大學的馬特-卡普蘭（Matt Caplan）教授指出：”儘管太陽是用來演習的，但我們有充分的理由認為，霍金星在球狀星團和超微弱矮星系中很常見。這意味著霍金星可以成為檢驗原始黑洞是否存在以及它們作為暗物質可能發揮的作用的工具”。

編譯來源：ScitechDaily