浩瀚的宇宙中存在着神秘的巨兽——黑洞，它们的成长速度和质量远远超出了科学家的预期。根据一项近期研究，这些庞然大物的形成可能与另一个宇宙之谜——暗物质——有着共同的起源。
天体物理学家知道，恒星的剧烈死亡可以形成质量通常为太阳数十倍的黑洞。然而，位于纽约布鲁克海文国家实验室的理论粒子物理学家、上个月发表在《物理评论快报》上的这项研究的作者 Hooman Davoudiasl表示，天文学家已经观测到了质量达到太阳数十亿倍的黑洞。更重要的是，有证据表明这些“巨兽”自宇宙诞生后的第一亿年就已存在。
虽然黑洞会随着时间的推移通过吞噬恒星或与其他黑洞合并而生长，但科学家们不确定一些最大的黑洞是如何在宇宙历史的最初10%的时间内，如此迅速地吞噬足够的恒星来达到其巨大质量的。
Davoudiasl说，一种可能的解释是，这些黑洞是原初黑洞，意味着它们形成于早期宇宙，并且早于第一批恒星的诞生。那时，宇宙比现在更加炽热和致密——温度与太阳核心相当。
这项研究的另一位作者、布鲁克海文国家实验室的物理学家 Julia Gehrlein表示，早期宇宙经历的快速变化是该团队理论的关键。
Gehrlein解释说，这种他们称之为“相变”的变化，使得早期宇宙中密度最大的区域更有可能坍缩成黑洞。这有点像我们看到的物质状态的相变——例如，液态水变成气体。“水在相变前后表现不同，”她说，早期宇宙中的粒子也是如此。
Davoudiasl说，这种转变可能是一个“动荡、剧烈的事件”，能够产生引力波。
Gehrlein解释说，这种情况发生在科学家们称之为“暗区”的区域，即暗物质和其他我们无法直接观测到的粒子之中。暗区意味着“标准模型粒子之外的一切”，而标准模型粒子构成了原子。
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Gehrlein说，原初黑洞的形成是否以及如何发生，在科学家中仍存在一些争议。她认为，相变可能使宇宙中一些致密的区域坍缩成原初超大质量黑洞。其他团队也研究过这种转变的含义，但这项研究是第一个将超大质量黑洞和暗物质以这种方式联系起来的研究。
Gehrlein表示：“我们可以将我们暗物质候选粒子的质量与这些黑洞的质量联系起来，因为它们都取决于发生这种转变的温度。”恰好与太阳核心相当的温度，能很好地解释超轻暗物质的形成理论和原初黑洞的形成。
与此同时，这种相变也可能导致了超轻暗物质粒子的存在——这些粒子的质量可能只有中微子（已知最轻的粒子）的一小部分。
Davoudiasl说，黑洞增长之谜和我们为何拥有暗物质，可能是“同一枚硬币的两面”。他解释说，如果“这个事件，这个发生在那个温度下的相变，产生了这些超大质量黑洞”，那么它也会“提供了恰到好处的条件”来形成超轻暗物质粒子。
未参与此项研究的维也纳大学天文学家 Tanja Rindler-Daller表示，超大质量黑洞的形成和暗物质的本质，“都属于当代天文学和物理学中最紧迫的未解之谜。”
Rindler-Daller补充道，如果某个模型能够以一举之力令人信服地解释这两者，那无疑将是革命性的，前提是它在现实中得到了证实。
Gehrlein说，研究人员可以通过两种主要方式寻找证明或证伪该理论的迹象。他们可以尝试通过研究粒子对星系天体物理学的影响来确定超轻暗物质是否存在。研究人员也有可能测量早期宇宙产生的引力波。利用未来的探测器——其频率不同于先进激光干涉引力波天文台（LIGO）探测到的频率——研究人员或许能够瞥见早期宇宙那些动荡时期的涟漪。
