核心概念
小型原初黑洞可能會被岩石行星或小行星捕獲,從內部吞噬其液態核心,留下中空結構;我們可以通過尋找這些中空結構或黑洞穿過固體物質留下的微型隧道來尋找原初黑洞。
這篇研究論文探討了尋找小型原初黑洞 (PBH) 的新方法,重點關注其與行星、小行星,甚至地球上固體物質的相互作用。
中空結構的形成
小型原初黑洞可能被岩石行星或小行星捕獲。
假設這些天體具有液態核心和固態外層,黑洞會優先吸積密度較高的液態核心。
如果外層強度足以支撐自身重量,則會形成中空結構。
結構穩定性和材料強度
研究計算了包裹黑洞的球殼的表面密度和表面張力。
通過比較不同材料的抗壓強度和計算出的表面張力,確定了可以支撐中空結構的參數空間。
研究發現,花崗岩或鐵等材料可以支撐大小達 0.1 個地球半徑的中空小行星/行星/衛星。
實際觀測對象
研究指出了一些可能符合條件的觀測對象,例如小行星 Lutetia 和 Vesta,它們的大小和密度符合理論預測。
一些低密度小行星,如 Bennu 和 Ryugu,也可能是中空的,雖然其低密度更可能是碎石堆結構造成的。
黑洞穿透形成的隧道
對於完全固態的小行星,快速移動的黑洞可能會穿透並留下狹窄的隧道。
這些隧道可以作為黑洞與小行星相互作用的證據。
地球上的探測方法
研究提出可以利用大型金屬板或其他固體材料作為黑洞探測器。
黑洞穿過這些材料時會留下微型隧道,例如,一個 10^-11 倍太陽質量的黑洞會留下半徑約為 0.1 微米的隧道,可以使用光學顯微鏡觀測到。
雖然預計黑洞穿過地球的概率很低,但這種探測方法成本低廉,且具有潛在的巨大價值。
文明的能量來源
未來文明可能會在黑洞周圍建造球形結構以獲取能量。
研究計算表明,即使使用目前最強的材料(多壁碳納米管),也必須在距離太陽質量黑洞 10^4 個天文單位以外的距離建造結構才能承受其引力。
研究結論
中空結構和微型隧道為尋找小型原初黑洞提供了新的思路。
未來可以通過觀測小行星和分析地球上的固體材料來尋找這些跡象。
統計資料
地球質量約為 5.9 × 10^24 千克,半徑約為 6,371 公里。
太陽質量約為 3.955 × 10^30 千克,引力半徑約為 3 公里。
太陽周圍的暗物質密度約為 0.43 GeV/cm^3。
太陽相對於銀河系的運動速度約為 220 公里/秒。
一個 10^-11 倍太陽質量的黑洞會留下半徑約為 0.1 微米的隧道。