原始黑洞（PBH）被认为是在大爆炸后立即形成的，可能正在整个宇宙中升温并爆炸。
物理学家在一项新研究中表示，这些由霍金辐射驱动的黑洞爆炸——霍金辐射是一种量子过程，黑洞由于其强大的引力场而从真空中产生粒子——可以被即将推出的望远镜探测到。而且，一旦被发现，这些奇异的爆炸可以揭示我们的宇宙是否包含以前未被发现的粒子。
黑洞自创世以来
已经有大量证据证明黑洞的存在，其质量范围是质量的几倍达到太阳质量的数十亿倍。这些黑洞在合并过程中发出的引力波可以直接探测到它们，从而帮助它们成长。有些黑洞，例如，甚至被视界望远镜直接成像为“阴影”。
PBHs 最初由 Yakov Zeldovich 和 Igor Novikov 于 1967 年提出，被认为是在 PBHs 形成后的几分之一秒内形成的。根据研究，可能与亚原子粒子一样小美国宇航局。与由大质量恒星和星系坍缩形成的较大的对应物不同，PBH可能是在早期宇宙中极热的粒子“原始汤”中的超致密区域的坍缩中出现的。
如果它们存在的话，这些紧凑的物体可以为以下现象提供自然的解释：，一种看不见的实体，约占宇宙物质的 85%。然而，PBH 仍然难以捉摸。它们的理论存在得到了宇宙学模型组合的支持，但尚未被直接观测到。
霍金辐射效应
PBH 最有趣的方面之一是它们与霍金辐射的联系。根据，黑洞并不是完全“黑”的；它们可以发射辐射并通过斯蒂芬·霍金首先理论化的过程缓慢失去质量。这种发射被称为霍金辐射，当虚拟粒子对在黑洞边缘（其“事件视界”）附近的空间真空中弹出时就会发生。虽然这些粒子对通常会相互湮灭，但如果其中一个粒子落入黑洞，另一个粒子就会以辐射的形式逃逸。随着时间的推移，这会导致黑洞逐渐蒸发。
“对于质量比太阳大几倍的黑洞，霍金辐射几乎无法检测到，”马可·卡尔萨葡萄牙科英布拉大学的理论物理学家、该研究的合著者在一封电子邮件中告诉《生活科学》。 “但是较轻的黑洞——比如PBH——会更热，并发出更多的辐射，这可能使我们能够探测到这个过程。这种辐射可以包括从光子到电子再到中微子的各种粒子。”
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当 PBH 蒸发时，它会失去质量，变得更热，并在反馈回路中发出更多辐射。最终，黑洞会在强大的辐射爆发中爆炸——现有的伽马射线和中微子望远镜正在积极寻找这一过程。尽管尚未检测到明确的 PBH 爆炸，但新研究表明这些罕见事件可能是解锁新物理学的关键。
探究 PBH 的最后时刻
他们最近的研究发表在Calzà 和研究合著者、科英布拉大学理论物理学家 João G. Rosa 介绍了研究 PBH 蒸发最后阶段的创新方法。通过分析霍金辐射的特性，两人开发了估计 PBH 质量和自旋的工具。
罗莎在一封电子邮件中告诉《生活科学》杂志：“追踪PBH蒸发时的质量和旋转可以提供有关其形成和演化的宝贵线索。”
他们的工作对基础物理学具有重大影响。在之前的一项研究中，Rosa、Calzà 和牛津大学的合作者 John March-Russell 探索了如何——将自然的基本力统一到单一量子理论中的尝试——可能会影响正在蒸发的PBH。弦理论预测存在大量称为轴子的低质量粒子，它们没有内在自旋。他们的研究表明，轴子发射实际上可以旋转PBH，这与霍金的预测相反。
卡尔萨说：“旋转的PBH将为这些奇异轴子提供令人信服的证据，有可能彻底改变我们对粒子物理学的理解。”
此外，该研究表明，分析 PBH 在其最后时刻的质量和自旋的演化可以揭示其他新粒子的存在。通过跟踪霍金辐射的光谱，科学家们或许能够区分高能粒子物理模型。当PBH在太空中爆炸时，中微子望远镜，例如IceCube，甚至可以帮助发现这些新粒子。
罗莎说：“如果我们能够捕捉到一个爆炸的PBH并测量其霍金辐射，我们就可以了解大量有关新粒子的信息，并有可能指导未来粒子加速器的设计。”
尽管尚未发现爆炸的 PBH，但 Calzà 和 Rosa 团队开发的工具和方法可以为未来的发现铺平道路。研究人员强调，专门的实验可能没有必要，因为几台具有前所未有的灵敏度的新型伽马射线和中微子望远镜已经在开发中。
“如果它在附近爆炸，即将推出的望远镜可以很容易地发现它。如果我们足够幸运能够探测到爆炸的PBH，它可能会改变我们对自然基本定律的了解，”罗莎说。
