重元素或为原始黑洞存在依据

　　新浪科技讯 北京时间8月28日消息，据国外媒体报道，宇宙大爆炸之后，宇宙中的物质立即变得极为稠密，还会如涟漪般随意波动。会不会某些区域的密度达到足够高之后、便坍缩形成了黑洞呢？

　　这种原始黑洞猜想已经在理论界流传了一段时间，部分原因是因为，它们可以提供大量构成宇宙主体的暗物质。但要检验这种黑洞是否存在，就需要它们产生某种能被我们探测到的依据。对此，理论学家有些一筹莫展。不过，三名物理学家组成的团队近日提出了一条探测依据：这种黑洞也许可以吞噬中子星，且在合适情况下，会向外喷出重元素。

　　事实还是结果

　　原始黑洞与通过巨恒星坍缩形成的黑洞有两点区别。其一，原始黑洞的质量悬殊巨大，有的可能连一颗恒星都不到，有的则可能重达超新星爆炸时形成的任何物质的数千倍。其中较重的黑洞更具吸引力，因为它们可以解释为何宇宙诞生后不久便出现了超大质量黑洞。

　　第二点区别是，原始黑洞在宇宙时间线上出现得更早。早在恒星诞生之前，暗物质的影响就已经十分明显了，而在宇宙开始扩张之后形成的黑洞均以恒星为前身。由于原始黑洞出现得更早，也许现今暗物质中的一大部分都与其有关。不过有多项研究指出，具体多少也是有限度的。

　　问题在于，无论是上述的哪一点，我们都无法进行详细考察，因此无法确定原始黑洞是否存在。因此，虽然这些天体从理论而言是成立的，但它们并没有对当今宇宙造成什么影响，使我们无从搜寻。

　　但如果这次科学家所言不虚，那就是另外一回事了。在此次发表的新论文中，作者们描述了原始黑洞吞噬快速旋转的中子星时产生的特殊效果。

　　邂逅中子

　　请想象一个直径与曼哈顿相当、以几毫秒一圈的速度高速旋转的圆球。如果往上面放一个黑洞，会发生什么情况呢？

　　这就是这篇论文要解决的根本问题。黑洞吞噬物质的速度是有限制的，因此接触黑洞后，中子星不会被立即摧毁。相反，黑洞会在中子星中央固定下来，从内到外将其吞噬一空。

　　黑洞吞食中子星时，中子星会逐渐收缩。由于角动量守恒，它会旋转得越来越快。别忘了，它的旋转速度本来就够快了。最终，中子星靠近赤道的外层物质也许能够达到逃逸速度。约等于太阳质量十分之一的物质将被甩入宇宙中。

　　在正常情况下，一堆中子显然不够稳定，将通过各种反应迅速转化为原子。但论文作者指出，最终的产物将是质量较重、富含中子的原子核。这一点很有意思。重原子核通常是通过“快反应过程”（r-process）形成的，即中子的快速集聚过程。这需要用中子快速轰击原子，使得原子还没来得及对前一颗中子做出反应，就已经吸收了下一颗中子。最终，原子核中的质子和中子达到了一定数量，便形成了重元素。

　　虽然人们普遍认为超新星爆炸可以提供快反应过程发生的条件，但科学家仍在努力验证这一点。不过，此次发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上的论文认为，这些重元素不需要超新星爆炸也可以形成。论文中指出，宇宙中重元素的分布与原始黑洞和中子星的反应结果基本一致。

　　事实上，论文作者认为这种反应机制可以解答各种天文未解之谜，从非重复快速射电爆发，到超级超新星爆炸（kilonovas），再到星系产生暗物质的途径。此外，黑洞本身便含有宇宙中约10%的暗物质。

　　此次研究的价值在于，它提出了一项预测。如果我们观测到了附近的超级超新星爆炸或快速射电爆发现象，引力波探测仪也许能感受到某种扰动，但随之而来的不会是黑洞旋转合并时产生的正常波形，因为黑洞已经置身于另一天体内部。目前，我们只能再等上几年，等更多的探测器被研发出来。然后继续等待观测半径内发生某起上述天文事件。（叶子）