如果暗物质能帮助，恒星内部可以存在一个轻至40吨的黑洞

控制致密恒星内内寄生黑洞（EBH）演化的竞争过程的示意图。EBH同时从恒星介质吸积重子物质（黑箭头）和捕获的暗物质粒子（蓝色箭头），同时通过霍金辐射（红箭头）失去质量。三幅面板展示了可能的状态：（a） 吸积占主导，EBH增长，（b） 吸积与霍金蒸发平衡，EBH质量保持大致恒定，（c） 霍金蒸发占主导，EBH收缩最终蒸发。相对箭头数在示意上表示相应质量-流量之间的平衡。在（b）情况下，电子重的质量可小至40公吨。图片来源：H. A. 阿达尔沙

（神秘的地球uux.cn）据Science X Dialog（作者：钱德拉丘尔·查克拉博蒂、H. A. 阿达尔沙、苏迪普·巴塔查里亚）：1974年，斯蒂芬·霍金做出了一项改变我们对黑洞理解的预测。他证明了黑洞并非真正的黑洞：它们通过一种现在被称为霍金辐射的量子过程缓慢失去能量。黑洞越轻，蒸发速度越快。

对于早期宇宙形成的原始黑洞来说，其影响非常显著。一个质量约为10的原始黑洞12KG的蒸发时间尺度相当于宇宙的年龄。因此，显著较轻的原始黑洞预计不会存活到今天。

然而，这里讨论的微小黑洞不必自早期宇宙时代就存在。它们可以在致密恒星内部形成得更晚。中子星和白矮星可以捕捉假设中的超重不对称暗物质粒子。由于这些粒子无法高效湮灭，它们可以在恒星核心聚集，变得自我引力，最终坍缩形成一个微小的内寄生黑洞。

黑洞一旦形成，其命运并非仅由霍金蒸发决定。它被致密的恒星物质包围，可以通过从宿主恒星吸积普通物质以及持续供应暗物质来增加质量。

在有利条件下，计算显示，初始质量仅约40公吨（大致相当于载重半卡车质量）的黑洞能够克服霍金蒸发并继续增长。

关键在于暗物质。

新形成的内寄生黑洞不会自动吞噬宿主恒星。它的命运由竞争决定：恒星物质的吸积和持续的暗物质吸收增加了其质量，而霍金辐射则使其减少。

还有一个量子复杂性。对于极小的黑洞，通常将吸积物质描述为连续流体的说法可能不成立。入射粒子的波长可以与黑洞的特征尺度相比较，这需要对粒子吸收进行量子描述。随着黑洞的增长，熟悉的流体状吸积系统最终会接管。

计算过程涵盖了两种状态，同时考虑了恒星物质吸积、持续的暗物质进取和霍金蒸发。

该竞赛定义了一个临界黑洞质量。低于此质量，霍金蒸发占优，持续增长不可能。

在其上方，进入的物质供应可以克服蒸发，黑洞可以继续扩张。

持续的暗物质摄取可以显著降低这一临界质量。

如果忽略暗物质进食，只考虑恒星物质吸积和霍金蒸发，典型临界质量可约为1010KG在代表性紧凑星情形中。

这不应与10混淆12原初黑洞的公斤尺度。后者则关乎宇宙时间内的孤立生存。恒星内部的临界质量反而是在问新形成的黑洞是否能增长而非蒸发。

一旦继续摄入暗物质，临界质量可能会大幅下降。

对于银河盘中的白矮星，太阳系所在的区域，其临界初始质量约为10,000公吨。然而，在更为富含暗物质的银河隆起环境中，它可降至仅40公吨。对于银河隆起中的中子星，其临界质量约为600公吨。

这并不意味着已经观测到一个40吨重的黑洞。相反，在考虑的条件下，初始质量如此小的黑洞可以具有正增长率，而不是通过霍金辐射蒸发。只要时间足够，它可以继续生长，最终吞噬宿主恒星并将其转化为黑洞。

霍金蒸发仍然是计算的关键，但周围环境可以极大地改变微小黑洞的命运。

这里研究的黑洞是在致密恒星内部通过暗物质的积累形成的。一旦形成，它们就能从周围环境接收新的质量。如果这种能量供应超过霍金辐射损失的质量，即使是极小的黑洞也能继续增长。

具体临界质量取决于恒星及其环境的性质。其他效应，如旋转和磁场，也可能改变结果。

然而，核心结果令人惊讶：在适当条件下，约40公吨轻的黑洞可以在紧凑恒星内部生长而非蒸发，持续的暗物质摄取有助于维持其生长。

这个论点也可以被反过来。如果具有某些性质的暗物质能够迅速形成一个不断增长的黑洞并摧毁其宿主，那么非常古老的致密恒星就不应再存在。毫秒脉冲星和白矮星数十亿年的存活限制了超重暗物质粒子的质量及其与普通物质相互作用的强度。

从这个意义上说，恒星为我们完成了实验，作为天文尺度上的自然暗物质探测器。

这些发现发表在《物理评论D》期刊上。

H. A. Adarsha 等人，暗物质诱导致密恒星坍缩成黑洞的转变时间尺度，《物理评论D》（2026年）。DOI：10.1103/zb1m-762n。在arXiv上：arxiv.org/abs/2608.10594