原子大小、質量相當於小行星的黑洞可能大約每十年飛掠內太陽系一次。理論上，這些所謂的原初黑洞在宇宙大爆炸後不久就產生了，它們可以解釋被認為主導我們宇宙的缺失的暗物質。一項新的研究表明，如果它們偷偷靠近月球或火星，科學家應該能夠探測到它們。
這樣的黑洞可能很容易在宇宙誕生之初就出現，當時人們認為空間在不到一秒的時間內發生了巨大的膨脹。在這次膨脹期間，空間密度中的微小量子漲落會變得更大，一些區域可能會變得非常密集，以至於坍縮成散佈在整個宇宙中的黑洞。如果暗物質完全可以用這樣的黑洞來解釋，那麼根據一些理論，它們最可能的質量範圍將從 1017 到 1023 克——大約相當於一顆大型小行星，卻被壓縮成原子大小。
最近發表在《物理評論 D》(Physical Review D)雜誌上的一項研究表明，如果原初黑洞是暗物質的成因，那麼大約每 10 年就可能有一個黑洞飛掠太陽系。如果這樣的黑洞靠近行星或大型衛星，它應該足以推動天體偏離軌道，使其變化能夠被目前的儀器測量到。“當它經過時，行星開始擺動，”該研究的合著者、現任加州大學聖克魯茲分校的理論物理學家莎拉·R·蓋勒說。“這種擺動會在幾年內增大，但最終會衰減並恢復為零。”
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該研究的主要作者，時任麻省理工學院本科生的董·X·特蘭，構建了一個太陽系計算機模型，以觀察黑洞飛掠後地球與附近天體之間的距離會發生怎樣的變化。他發現，這種效應對於火星最為明顯，科學家對火星與地球的距離的瞭解精確到約 10 釐米。特蘭說，質量在預測質量範圍中間值的黑洞（重達 1021 克）將在 10 年內產生 1 米的變化——“遠高於我們能夠測量的精度閾值”。之所以能如此精確地跟蹤地火距離，是因為科學家已經向這顆紅色星球傳送了一代又一代的探測器和著陸器。
如果科學家探測到擾動，他們必須確定行星是被黑洞推開的，還是僅僅被一顆普通的舊小行星推開的。透過跟蹤隨時間變化的擺動模式，他們可以追蹤肇事者的軌跡，並預測它未來的去向。“我們實際上從擾動模式中獲得了非常豐富的資訊，”麻省理工學院的研究合著者本傑明·V·萊曼說。“我們需要說服自己，這真的是一個黑洞，告訴觀測者在哪裡尋找。” 如果該物體是一顆小行星，望遠鏡應該能夠看到它。此外，大多數小行星來自太陽系內部，因此在與行星相同的平面上執行。相比之下，原初黑洞將來自遙遠的地方，並且可能具有與小行星不同的軌跡。
另一種尋找太陽系原初黑洞的潛在方法是分析小行星（如貝努）的精細運動，正在進行的 OSIRIS-REx（起源、光譜解釋、資源識別和安全-風化層探測器）太空任務對貝努進行了非常精確的跟蹤。洛斯阿拉莫斯國家實驗室的粒子物理學家蔡宇岱在閱讀了這項新研究後表示，“我認為我們可以嘗試挖掘 OSIRIS-REx 資料，看看是否能看到這種效應。” “我認為這是一個很有希望的研究方向。” 蔡宇岱及其同事在一篇於 9 月 20 日發表在《通訊物理學》(Communications Physics) 雜誌上的論文中研究瞭如何利用探測器的貝努測量資料來尋找其他形式的暗物質。
原初黑洞越來越成為暗物質之謎的一個有吸引力的解決方案，暗物質是一種看不見的質量形式，物理學家認為它構成了我們宇宙中大部分物質。因為他們只能透過其對普通物質的引力效應“看到”這種物質，所以它的身份仍然難以捉摸，許多受青睞的理論都未能實現。幾十年來，物理學家認為暗物質很可能以所謂的弱相互作用大質量粒子 (WIMP) 的形式存在。然而，一代又一代旨在尋找這些粒子的越來越靈敏的實驗都空手而歸，粒子加速器也沒有發現它們的蹤跡。“一切皆有可能，因為 WIMP 已經被逼到了死角，而它們是幾十年來占主導地位的正規化，” 加州大學歐文分校的天體物理學家凱沃克·N·阿巴扎吉安說，他沒有參與《物理評論 D》的研究。“原初黑洞真的越來越受歡迎。”
物理學家也逐漸認識到，暗物質可能不會透過引力以外的任何力與普通物質相互作用。與 WIMP 不同，WIMP 還可以透過弱核力與普通物質接觸，而黑洞只能透過其引力來探測。“鑑於我們仍在尋找探測暗物質與普通物質相互作用的正確方法，因此探索基於其產生的引力的探測方法尤為重要，引力是暗物質唯一已知的相互作用力，也是我們確信存在的唯一相互作用，” 加州大學歐文分校的理論物理學家蒂姆·M·P·泰特說，他也沒有參與麻省理工學院團隊的新研究。“這是一個非常有趣的想法，而且非常及時。”
同一期《物理評論 D》恰好也收錄了另一組研究人員尋找原初黑洞飛掠地球跡象的論文。研究人員的模擬發現，全球導航衛星系統的軌道資料以及測量地球重力場變化的重力儀可以探測到此類訊號。麻省理工學院的行星際距離測量研究的合著者戴維·I·凱澤說，這兩篇論文是互補的。
儘管這些黑洞可能會相對靠近地經過，但黑洞穿過人體的機率極低。但是，如果這種情況真的發生在你身上，那可不好玩：當微小的黑洞穿過你的身體時，它會把你身體的一切都拉向它，以致命的方式將細胞擠壓在一起。然而，它微小的體積至少可以防止你被吸進去。
本文的另一個版本題為“迷你怪物”，已改編收錄在 2024 年 12 月號的《大眾科學》雜誌中。本文反映了該版本，並增加了一些為印刷版刪減的材料。