物理學家長期以來一直在探索宇宙中最神秘的現象——暗物質與黑洞的本質。美國麻省大學阿默斯特分校（UMass Amherst）的研究團隊最新研究提出，一種特殊黑洞的爆炸，可能不僅能解釋暗物質，還可能首次揭示霍金輻射的實驗證據。記者林育如／編譯

物理學家長期以來一直在探索宇宙中最神秘的現象——暗物質與黑洞的本質。美國麻省大學阿默斯特分校（UMass Amherst）的研究團隊最新研究提出，一種特殊黑洞的爆炸，可能不僅能解釋暗物質，還可能首次揭示霍金輻射的實驗證據。

[caption id="attachment_207335" align="alignnone" width="801"] 我們剛剛看到黑洞爆炸了嗎？美國麻省大學阿默斯特分校的物理學家認為很有可能。這幅藝術概念圖以想像的方式呈現小型原始黑洞的樣貌。（圖／NASA’s Goddard Space Flight Center）[/caption]

2023年，科學家捕捉到一顆能量極高的中微子，其能量比世界最強粒子對撞機大強子對撞機所產生的粒子高出約10萬倍。按已知宇宙來源，這樣的高能幾乎不可能出現，但UMass Amherst團隊提出，這顆「不可能的中微子」可能來自準極端原始黑洞（quasi‑extremal primordial black hole）帶暗電荷的爆炸。

這類黑洞理論上在宇宙大爆炸早期形成，質量較輕，不同於由恆星坍縮產生的傳統黑洞。隨著時間推移，它們因霍金輻射釋放粒子而逐漸蒸發、溫度升高，理論上可能最終以劇烈爆炸結束。UMass Amherst物理學家安德里亞·塔姆（Andrea Thamm）指出：「黑洞越輕、越熱，在爆炸前的最後階段可能釋放包括極高能中微子在內的大量粒子，這正是望遠鏡能捕捉到的信號。」

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團隊早前推測，如果這類黑洞存在並偶爾爆炸——可能每十年左右一次——現有宇宙觀測設備有機會觀測到。2023年，由KM3NeT合作實驗捕獲的高能中微子，正符合理論預測。但另一個同樣探測高能中微子的IceCube實驗卻未觀測到類似事件，甚至從未捕捉到能量僅為該中微子百分之一的粒子。

為解釋這一差異，團隊提出黑洞可能攜帶尚未證實的「暗電荷」以及假想的重質「暗電子」粒子。這一暗電荷模型可合理解釋兩項實驗結果的不一致，並可能揭示宇宙暗物質的部分本質。

研究作者米切爾·貝克（Michael Baker）表示：「這個模型比傳統原始黑洞模型更複雜，但或許更接近現實。」合作者若阿金·伊瓜斯·胡安（Joaquim Iguaz Juan）補充：「若模型成立，宇宙中可能存在大量此類黑洞，它們既符合天文觀測，也可能構成暗物質的一部分。」

雖然理論仍需進一步觀測驗證，這項研究提供前所未有的窗口，或能首次實驗驗證霍金輻射、揭示原始黑洞、探索新基本粒子，並接近解開暗物質之謎。

延伸閱讀：巨星消失！天文學家發現恆星「直接塌縮」成黑洞的最有力證據之一

資料來源：SciTechDaily、UMass Amherst

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宇宙誕生的最初瞬間，究竟發生了什麼？科學家指出，早期宇宙中基本粒子誕生、氫與氦的原子核形成，能量與物質波動啟動星系與超大質量黑洞的形成，但這些歷史對我們來說幾乎完全隱形。當我們觀測遙遠宇宙時，最早也只能看到宇宙誕生後約38萬年的光線，因為在此之前宇宙熱得像恆星表面，光子無法穿越數十億光年到達地球。我們所能觀測的，僅是宇宙微波背景，一個來自「幼年宇宙」的微弱光線。記者林育如／編譯

宇宙誕生的最初瞬間，究竟發生了什麼？科學家指出，早期宇宙中基本粒子誕生、氫與氦的原子核形成，能量與物質波動啟動星系與超大質量黑洞的形成，但這些歷史對我們來說幾乎完全隱形。當我們觀測遙遠宇宙時，最早也只能看到宇宙誕生後約38萬年的光線，因為在此之前宇宙熱得像恆星表面，光子無法穿越數十億光年到達地球。我們所能觀測的，僅是宇宙微波背景，一個來自「幼年宇宙」的微弱光線。

[caption id="attachment_196744" align="alignnone" width="849"] 宇宙牆背後的祕密：X光與中微子或揭早期宇宙真相。（圖／AI生成）[/caption]

面對這層「宇宙牆」，科學家正尋找間接線索。近期兩項研究提出，微弱X光與高能中微子可能揭示早期宇宙的蛛絲馬跡。第一項研究推測，早期宇宙並非單純爆炸，而是時空本身急速膨脹。密度波動可能觸發局部爆發，生成超大質量黑洞的種子，同時釋放大量電子與正電子，產生X光與高能光子。這些X光或許會在宇宙背景中形成異常峰值，未來高解析度X光望遠鏡長時間觀測，有機會捕捉到這些信號。

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另一項研究則聚焦中微子。由於中微子與物質互動微弱，它們能比光更早穿越宇宙牆。就像1987年的超新星觀測，中微子比光先抵達地球，早期宇宙爆發的中微子也可能早一步逃離。透過觀測宇宙中微子背景，科學家推測或能找到沒有天體來源的異常峰值信號，為早期宇宙提供全新視角。不過，目前中微子探測技術仍有限，捕捉這些信號仍是巨大挑戰。

儘管如此，科學家樂觀表示，隨著科技進步，未來或能真正撥開大爆炸前的神秘面紗，揭示宇宙誕生初期的秘密。這些研究不僅有助於理解星系和黑洞的形成，也可能改寫我們對宇宙早期化學與物理過程的認知。宇宙的最初歷史，正逐步從黑暗走向光明。

資料來源：Universe Today、Inter Space Sky Way

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