一个正经的研究：太阳中心有没有黑洞
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你可能会觉得这个问题很荒谬，甚至有点愚蠢。毕竟，我们都知道太阳是一个巨大的火球，由氢和氦等元素组成，通过核聚变产生巨大的能量，照亮了我们的地球和整个太阳系。黑洞是什么呢？它们是一些极端的天体，它们的密度非常高，以至于它们的引力可以吞噬一切，甚至连光也无法逃脱。太阳和黑洞似乎是完全不同的东西，怎么可能有关系呢？
其实，这个问题并不是那么简单，也不是那么无聊。在本文中，我将向你介绍一篇最近发表在arXiv上的论文，题目就是《太阳中心有没有黑洞？》。这篇论文的作者是三位物理学家，他们的目的是说服读者，这个问题是有趣的，而且研究带有中心黑洞的恒星是有意义的。他们使用了详细的恒星演化模型，来探索如果太阳中心真的有一个黑洞，那么太阳会有什么样的特征，以及我们能不能通过观测来发现它。 什么是原初黑洞要回答这个问题，我们首先要了解一种特殊的黑洞，叫做原初黑洞。这种黑洞不是由恒星坍缩而成的，而是在宇宙大爆炸之后的极早期，由于密度波动导致的局部过度压缩而形成的。 原初黑洞可以有任意的质量，从微小的亚原子粒子，到超大的星系团，都有可能。原初黑洞的存在还没有被证实，但是它们是一种有趣的暗物质候选者。暗物质是一种我们还不知道是什么的物质，它占据了宇宙中85%的质量，但是它不发光，也不与电磁场相互作用，只能通过引力来感知它的存在。原初黑洞的一个优点是，它们只需要标准模型的物理，不需要引入新的粒子或力。 小行星质量的黑洞如果原初黑洞真的存在，那么它们可能以足够大的数量来解释暗物质的现象。虽然原初黑洞可以有任意的质量，但是有些质量范围已经被观测所排除了，比如太大或太小的黑洞。目前还有一个没有被完全排除的质量窗口，就是小行星质量的黑洞，大约在10^-16 到 10^-10 太阳质量之间。这些黑洞如果被恒星捕获，就会落入恒星的中心，开始吞噬恒星的物质，同时释放出辐射。这样的恒星，部分由黑洞吸积产生的辐射提供能量，被称为“霍金星”，以纪念提出黑洞辐射理论的物理学家斯蒂芬·霍金。 霍金星的演化是非常复杂的，需要详细的恒星演化模型来研究。论文的作者就是这样做的，他们使用了两种吸积方案，一种是假设辐射效率是恒定的，另一种是假设辐射效率是自适应的，来模拟光子捕获的效应。他们计算了太阳质量的霍金星的演化，从主序阶段到红巨星阶段，然后与普通的太阳进行了比较。 太阳中心有没有黑洞的观测证据论文的作者发现，太阳质量的霍金星在主序阶段和普通的太阳几乎没有区别，因为黑洞的吸积对于恒星的能量平衡来说是微不足道的。但是在红巨星阶段，霍金星会有明显的差异，因为黑洞的吸积会增加恒星的亮度，减小恒星的半径，延缓恒星的演化。这些差异可以通过观测恒星的光谱、光变、振动等方式来探测。论文的作者估计，如果太阳中心有一个10^-12 太阳质量的黑洞，那么它的亮度会比普通的太阳高出约1%，而且它的核心会更加紧凑，导致它的振动频率更高。这些效应都是可以被太阳探测器所测量的。 当然，这些效应也可能有其他的原因，比如太阳的化学组成或磁场等。要确定太阳中心是否有黑洞，还需要更多的观测数据和更精确的理论模型。但是，这个问题并不是完全没有意义的，它可以帮助我们更好地理解太阳的内部结构和演化，以及暗物质的性质和分布。也许有一天，我们会发现太阳中心真的有一个黑洞，或者至少有一些其他的奇妙的东西。 |
