原始黑洞的理論已經存在了幾十年，甚至可能是永遠難以捉摸的暗物質。儘管如此，仍然沒有觀測到太初黑洞。根據來自布法羅大學、凱斯西儲大學和國立東華大學的天體物理學家的說法，這些小型黑洞可能被岩石行星或小行星捕獲，從內部消耗其液體核心並留下空心結構；或者，他們可以在地球上非常古老的岩石中留下微型隧道，甚至在非常古老的建築物中留下玻璃或其他固體結構。
藝術家對原始黑洞的印象。圖片來源：美國太空總署。
小型原始黑洞也許是早期宇宙中最有趣、最迷人的遺跡。
它們可以作為暗物質候選者、原始重力波源、幫助解決宇宙學問題，如疇壁和磁單極子問題等。
然而，迄今為止，尚未觀察到令人信服的原初黑洞候選者。
布法羅大學教授德揚·斯托伊科維奇表示：「找到這些特徵的機會很小，但尋找它們不需要太多資源，而且潛在的回報（原始黑洞的第一個證據）將是巨大的。
“我們必須跳出框框思考，因為之前為尋找原初黑洞所做的一切都沒有奏效。”
斯托伊科維奇教授和他的同事、凱斯西儲大學和國立東華大學的戴德昌博士計算了空心小行星在不發生自身塌陷的情況下可以有多大，以及原始黑洞穿過天體的可能性。
戴博士說：“由於可能性很小，我們把注意力集中在已經存在了數千年、數百萬年甚至數十億年的堅實標記上。”
斯托伊科維奇教授補充說：“如果物體有一個液體中心核心，那麼捕獲的原始黑洞可以吸收液體核心，其密度高於外固體層的密度。”
“如果物體受到小行星撞擊，原始黑洞可能會逃離該物體，只留下一個空殼。”
但這樣的外殼是否夠堅固，足以支撐自己，還是會在自身的張力下崩潰？
透過將花崗岩和鐵等天然材料的強度與表面張力和表面密度進行比較，研究人員計算出，這樣的空心物體可能不超過地球半徑的十分之一，這使得它更有可能是一顆小行星，而不是一顆真正的行星。
「如果比這個大，它就會崩潰，」斯托伊科維奇教授說。
「這些空心物體可以用望遠鏡偵測到。透過研究物體的軌道可以確定質量，從而確定密度。
“如果物體的密度相對於它的尺寸來說太低，那就很好地表明它是空心的。”
對於沒有液體核心的物體，原始黑洞可能會簡單地穿過並留下一條筆直的微隧道。
例如，質量為 10 的原初黑洞22 號克會留下0.1微米厚的隧道。
一塊大金屬板或其他材料可以透過監測這些隧道的突然出現來充當有效的黑洞探測器，但是用非常古老的材料（來自有數百年曆史的建築物）尋找現有隧道的可能性更大古老，有數十億年歷史的岩石。
儘管如此，即使假設暗物質確實是由原始黑洞組成，他們計算出原始黑洞穿過十億年前巨石的機率為 0.000001。
「你必須考慮成本與效益。做這件事需要花很多錢嗎？不，事實並非如此，」斯托伊科維奇教授說。
「因此，至少可以說，在你的一生中，原始黑洞穿過你的可能性很小。就算有人注意到了，你也可能不會注意到。
“與岩石不同，人體組織具有很小的張力，因此原始黑洞不會將其撕裂。”
“雖然原始黑洞的動能可能很大，但它在碰撞過程中無法釋放太多動能，因為它移動得太快了。”
“如果彈體在介質中移動的速度快於聲速，則介質的分子結構沒有時間做出反應。”
「從窗戶丟一塊石頭，它很可能會碎裂。用槍射擊窗戶，很可能只會留下一個洞。
團隊的紙發表在雜誌上黑暗宇宙的物理學。
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戴德昌和德揚·斯托伊科維奇。 2024 年。黑暗宇宙的物理學46:101662； doi:10.1016/j.dark.2024.101662
