原子大小、质量相当于小行星的黑洞可能大约每十年飞掠内太阳系一次。理论上，这些所谓的原初黑洞在宇宙大爆炸后不久就产生了，它们可以解释被认为主导我们宇宙的缺失的暗物质。一项新的研究表明，如果它们偷偷靠近月球或火星，科学家应该能够探测到它们。
这样的黑洞可能很容易在宇宙诞生之初就出现，当时人们认为空间在不到一秒的时间内发生了巨大的膨胀。在这次膨胀期间，空间密度中的微小量子涨落会变得更大，一些区域可能会变得非常密集，以至于坍缩成散布在整个宇宙中的黑洞。如果暗物质完全可以用这样的黑洞来解释，那么根据一些理论，它们最可能的质量范围将从 1017 到 1023 克——大约相当于一颗大型小行星，却被压缩成原子大小。
最近发表在《物理评论 D》(Physical Review D)杂志上的一项研究表明，如果原初黑洞是暗物质的成因，那么大约每 10 年就可能有一个黑洞飞掠太阳系。如果这样的黑洞靠近行星或大型卫星，它应该足以推动天体偏离轨道，使其变化能够被目前的仪器测量到。“当它经过时，行星开始摆动，”该研究的合著者、现任加州大学圣克鲁兹分校的理论物理学家莎拉·R·盖勒说。“这种摆动会在几年内增大，但最终会衰减并恢复为零。”
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该研究的主要作者，时任麻省理工学院本科生的董·X·特兰，构建了一个太阳系计算机模型，以观察黑洞飞掠后地球与附近天体之间的距离会发生怎样的变化。他发现，这种效应对于火星最为明显，科学家对火星与地球的距离的了解精确到约 10 厘米。特兰说，质量在预测质量范围中间值的黑洞（重达 1021 克）将在 10 年内产生 1 米的变化——“远高于我们能够测量的精度阈值”。之所以能如此精确地跟踪地火距离，是因为科学家已经向这颗红色星球发送了一代又一代的探测器和着陆器。
如果科学家探测到扰动，他们必须确定行星是被黑洞推开的，还是仅仅被一颗普通的旧小行星推开的。通过跟踪随时间变化的摆动模式，他们可以追踪肇事者的轨迹，并预测它未来的去向。“我们实际上从扰动模式中获得了非常丰富的信息，”麻省理工学院的研究合著者本杰明·V·莱曼说。“我们需要说服自己，这真的是一个黑洞，告诉观测者在哪里寻找。” 如果该物体是一颗小行星，望远镜应该能够看到它。此外，大多数小行星来自太阳系内部，因此在与行星相同的平面上运行。相比之下，原初黑洞将来自遥远的地方，并且可能具有与小行星不同的轨迹。
另一种寻找太阳系原初黑洞的潜在方法是分析小行星（如贝努）的精细运动，正在进行的 OSIRIS-REx（起源、光谱解释、资源识别和安全-风化层探测器）太空任务对贝努进行了非常精确的跟踪。洛斯阿拉莫斯国家实验室的粒子物理学家蔡宇岱在阅读了这项新研究后表示，“我认为我们可以尝试挖掘 OSIRIS-REx 数据，看看是否能看到这种效应。” “我认为这是一个很有希望的研究方向。” 蔡宇岱及其同事在一篇于 9 月 20 日发表在《通讯物理学》(Communications Physics) 杂志上的论文中研究了如何利用探测器的贝努测量数据来寻找其他形式的暗物质。
原初黑洞越来越成为暗物质之谜的一个有吸引力的解决方案，暗物质是一种看不见的质量形式，物理学家认为它构成了我们宇宙中大部分物质。因为他们只能通过其对普通物质的引力效应“看到”这种物质，所以它的身份仍然难以捉摸，许多受青睐的理论都未能实现。几十年来，物理学家认为暗物质很可能以所谓的弱相互作用大质量粒子 (WIMP) 的形式存在。然而，一代又一代旨在寻找这些粒子的越来越灵敏的实验都空手而归，粒子加速器也没有发现它们的踪迹。“一切皆有可能，因为 WIMP 已经被逼到了死角，而它们是几十年来占主导地位的范式，” 加州大学欧文分校的天体物理学家凯沃克·N·阿巴扎吉安说，他没有参与《物理评论 D》的研究。“原初黑洞真的越来越受欢迎。”
物理学家也逐渐认识到，暗物质可能不会通过引力以外的任何力与普通物质相互作用。与 WIMP 不同，WIMP 还可以通过弱核力与普通物质接触，而黑洞只能通过其引力来探测。“鉴于我们仍在寻找探测暗物质与普通物质相互作用的正确方法，因此探索基于其产生的引力的探测方法尤为重要，引力是暗物质唯一已知的相互作用力，也是我们确信存在的唯一相互作用，” 加州大学欧文分校的理论物理学家蒂姆·M·P·泰特说，他也没有参与麻省理工学院团队的新研究。“这是一个非常有趣的想法，而且非常及时。”
同一期《物理评论 D》恰好也收录了另一组研究人员寻找原初黑洞飞掠地球迹象的论文。研究人员的模拟发现，全球导航卫星系统的轨道数据以及测量地球重力场变化的重力仪可以探测到此类信号。麻省理工学院的行星际距离测量研究的合著者戴维·I·凯泽说，这两篇论文是互补的。
尽管这些黑洞可能会相对靠近地经过，但黑洞穿过人体的几率极低。但是，如果这种情况真的发生在你身上，那可不好玩：当微小的黑洞穿过你的身体时，它会把你身体的一切都拉向它，以致命的方式将细胞挤压在一起。然而，它微小的体积至少可以防止你被吸进去。
本文的另一个版本题为“迷你怪物”，已改编收录在 2024 年 12 月号的《大众科学》杂志中。本文反映了该版本，并增加了一些为印刷版删减的材料。