为什么黑洞不可能是暗物质？
一个大质量黑洞正在吸积附近恒星的物质。（NASA/JPL-Caltech）
有时候，当你从一个新的角度去看待我们的宇宙时，它总是能够带来惊喜。当LIGO团队宣布他们首次探测到引力波的时候，他们证实一个长久未被证实的科学预言（和理论预言相隔整整一百年），那是个伟大的时刻，但不完全是一个惊喜。令我们惊喜的部分是引力波的来源：两个质量分别为36和29个太阳质量的黑洞，这样的质量比超新星爆发诞生的黑洞要大很多，但比星系中央的超大质量黑洞却要小很多。但是LIGO的发现使之前一个不被青睐的想法重新复活：在宇宙大爆炸不久后，宇宙中就遍布着黑洞。此外，如果情况的确是这样，或许它们就是科学家苦苦搜寻的消失的质量：暗物质。
这整个想法都很简单：我们的宇宙从炽热、致密中急速的膨胀开来。不管你身处何处，引力总是会把附近的质量吸引过来，但同时光子的辐射压力会试图把这些质量推开。但是，如果在一个足够小的区域内，该区域的密度平均上比其它区域大68%（或更多），那么辐射压就起不了任何作用。这种情况下，引力会一直坍缩，黑洞的形成就不可避免。如果发生在一个特定的质量标度，比如1kg，或10^10kg，甚至是30个太阳质量——在这个特定的质量下有非常多的原初黑洞（PBH）。它们会均匀的分布在宇宙之中，它们会在星系周围形成巨大、疏散但成团的晕，那么它们就会是强有力的暗物质候选。
在这个想法刚被提出来的时候，这种可能就被意识到有一些限制。当一个天体在你的视线和远处的天体间穿过时，根据爱因斯坦的广义相对论，该天体会表现的像引力透镜现象。有很多的天文项目致力于寻找这些看不见的天体在背景星和地球之间穿过时发生的微引力透镜。“微”是指引力透镜造成的光线偏折太小，形成的像之间的角距离太小，远远小于望远镜的分辨力，因此重叠在一起，能够观测到的是像的亮度变化。在过去的20多年里，诸如EROS、MACHO等项目对附近星系的几千万颗进行了多年的光度观测。他们只发现了很少的微引力透镜事件。如果银河系的暗物质由原初黑洞构成，它们造成的微引力透镜事件的数目应该要比实际测量到的大很多。此外，如果黑洞的质量太小（≤ 5 × 10^14g），根据霍金辐射，它们会在短时间内蒸发掉因此不会存留到现在。如下观测：
缺乏霍金辐射
伽马射线爆微引力透镜
被球状星团俘获的中子星
传统的微引力透镜
宇宙红外光背景和微波背景
告诉我们在不同的质量范围内，原初黑洞作为星系暗晕主导成分的可能已经被排除。
不同的观测给出的原初黑洞（PHB）和总暗物质（DM）比率的限制。(arXiv:1301.4984）
如果原初黑洞存在，那么它的性质就会与LIGO发现的两个黑洞非常相似。但如果你看上图，你会发现~30个太阳质量（大约6 × 10^34g）已经彻底被排除，只有大约0.01%的暗物质会出现在这个质量标度。也就是说原初黑洞基本不可能构成暗物质。但是，在最新的一篇论文中（arXiv: 1605.04023），Kashlinsky对之前宇宙红外背景的限制提出了质疑。Kashlinsky发现有许多信号源其实是原初黑洞。
左边：大熊座一片天区的红外景象。右边：把左边那张图中的所有已知恒星、星系遮挡住，并增强其余的影像数据，显示了红外背景的波动。（NASA/JPL-Caltech/A.Kashlinsky）
Kashlinsqky不用宇宙红外背景来限制原初黑洞，而是假定原初黑洞占据了100%的暗物质来解释宇宙红外背景。如同他在论文中写道：
我们指出如果LIGO的发现的确表明了原初黑洞构成了暗物质，那么多余的.......波动就会导致在宇宙早期时更多的引力坍缩比例，这就自然而然的产生了观测到的宇宙红外背景波动。
不幸的是，问题在于还有其它的限制存在。
上图中的宇宙微波背景波动显示，在~30太阳质量等级上，不超过0.1%的总暗物质是由原初黑洞构成的。对该结果的唯一质疑（arXiv:1603.00464）是因为这里的物理存在着一些不确定性还未被量化，或许这些不确定性足够大以至于这个边界可以被逃避。这没错：如果不能100%的消除在~30太阳质量存在原初黑洞，如果原初黑洞导致了宇宙红外背景，如果我们现有对在移动中的黑洞周围气体的辐射过程完全理解错误，那么这些黑洞就有可能是暗物质。但是，还有另一种解释更加合理。
哈勃望远镜拍摄到在蜘蛛星云中合并的星团，在本星系群中已知最大的恒星形成区域。（NASA/ESA）
当质量为50 至 250倍太阳质量的恒星诞生的时候，它们都会在几百万年内在一场超新星爆发中结束自己的生命，超新星核的坍缩最终会形成黑洞。如果恒星的质量小于50个太阳质量，它们会产生10个太阳质量或更小的黑洞。最大的恒星可以产生20，30，50，甚至是100个太阳质量的黑洞。现在已知最大的R136星团，在其中心部分R136a包含了至少24颗独立的恒星，至少有六个成员超过100个太阳质量。
巨大的R136星团，中心为R136a1。（ESO/P.Crowther/C.J.Evans）
其中两个质量最大的成员分别是~250太阳质量的R136a1和~195太阳质量的R136a2，它们很容易就能够形成像LIGO观测到的黑洞。此外，它们是双星系统，互相环绕，在未来它们的轨道慢慢靠近最后合并是完全合理的。当然，现在还不能完全排除在30太阳质量的黑洞可能是暗物质，但是它远远不是最合理的解释。在物理上，就跟生活一样，我们要把赌注下在已知最合理的解释上。虽然一些新奇的想法会激起想象力的火花，但同时也意味着这些想法极可能是错误的。
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