研究人员提出，如果一种被称为“暗电荷”的假设是真实存在的，那么宇宙中可能充满了原始黑洞。这一设想不仅与多项天体物理观测结果相吻合，还有望解释一个长期困扰科学界的谜题——暗物质究竟由什么构成。
2023年，一种极其高能、被认为几乎“不可能”出现的粒子撞击了地球。研究人员认为，这个事件可能并非偶然，而是源自宇宙大爆炸初期形成的一类原始黑洞在生命终结时发生爆炸所释放出的碎片。如果这一推测成立，它将为原始黑洞的存在提供罕见证据，同时也可能为暗物质的本质打开新的突破口。
被探测到的粒子是一种中微子，其能量高得惊人，约为全球最强大的人造粒子加速器——大型强子对撞机所能产生的最高能量粒子的十万倍。正因如此，它的出现令科学家感到困惑，因为目前尚未发现任何已知的自然宇宙过程，能够生成如此极端能量的粒子。
马萨诸塞大学阿默斯特分校的一个研究团队提出了一种解释路径：当所谓的“准极端原始黑洞”发生爆炸时，可能会释放出这种超高能中微子。黑洞爆炸的关键机制在于霍金辐射。这种辐射由物理学家斯蒂芬·霍金在1974年提出，源于量子效应，使黑洞能够缓慢地向外泄漏能量。
理论上，黑洞的温度与其质量成反比。质量越小，温度越高，霍金辐射释放得也越快。随着能量不断流失，黑洞质量逐渐减少，最终进入一个失控阶段，并以猛烈的爆炸结束其演化过程。
问题在于，通常由恒星坍缩形成的黑洞质量极大、温度极低。即便是最小的恒星级黑洞，其质量也在太阳质量的三到五倍左右。这样的黑洞需要大约10的67次方年，才能通过霍金辐射损失足够的质量以达到爆炸阶段——这个时间尺度远远超过宇宙目前的年龄。
然而，霍金曾提出另一类黑洞的可能性。这些黑洞并非来自恒星死亡，而是在宇宙大爆炸后的最初时刻，由极端高温、高密度的“原始粒子海”中微小密度涨落直接形成。与恒星级黑洞不同，原始黑洞的质量可以非常小，甚至低至行星或大型小行星的尺度。
正因为质量微小，这类黑洞可能具有极高的温度，能够高效释放霍金辐射，从而在宇宙尺度内完成蒸发并发生爆炸。研究团队成员安德里亚·萨姆在一份声明中解释说，黑洞越轻，其温度就越高，释放出的粒子也越多。随着原始黑洞不断蒸发，它们变得越来越轻、越来越热，辐射过程进入加速状态，最终以剧烈爆炸收尾。这种辐射释放，正是天文观测设备理论上能够捕捉到的信号。
研究人员估算，类似的原始黑洞爆炸事件在宇宙中大约每十年就会发生一次。迄今为止，这类爆炸尚未被明确观测到，因此原始黑洞和霍金辐射依然主要停留在理论阶段。不过，2023年那次异常中微子事件，可能正是一个此前未被识别的观测线索。
这颗“不可能”的中微子由位于地中海深处的KM3NeT中微子探测器阵列记录下来。该装置专门用于捕捉来自宇宙深处的高能中微子信号。
“探测到如此高能的中微子是一件极其罕见的事情，”研究团队成员、马萨诸塞大学阿默斯特分校研究员迈克尔·贝克表示。“它为我们打开了一扇全新的宇宙之窗。我们或许正站在实验验证霍金辐射的门槛上，也可能首次获得原始黑洞、标准模型之外新粒子以及暗物质本质的证据。”
但这个解释面临一个关键疑问：南极冰盖下的IceCube中微子探测器并未记录到这一事件。IceCube是目前世界上最灵敏的高能中微子探测设施之一，理论上应该能够探测到能量仅为该中微子百分之一的事件。如果原始黑洞真的每十年爆炸一次，那么IceCube理应频繁接收到类似信号。
“这些中微子去哪了？”研究人员提出了这个核心问题。
对此，马萨诸塞大学阿默斯特分校团队提出了一种新的理论假设。他们认为，带有“暗电荷”的原始黑洞——也就是他们所称的准极端原始黑洞——可能正是解释缺失信号的关键。
研究团队成员若奎姆·伊瓜兹·胡安解释说，暗电荷可以被视为一种类似电磁力的相互作用，但它并非由普通电子携带，而是由一种假想的、更重的粒子承担，这种粒子被称为“暗电子”。
贝克指出，虽然已有一些更简单的原始黑洞模型，但引入暗电荷的模型虽然复杂，却可能更贴近真实宇宙。“最吸引人的地方在于，这一模型能够解释此前无法解释的观测现象。”
带有暗电荷的原始黑洞在演化和爆炸行为上，与传统模型中的原始黑洞存在显著差异。这种差异不仅可能解释那颗极端能量的中微子来源，还可能为暗物质的本质提供线索。
暗物质之所以难以研究，是因为它不与电磁辐射发生相互作用，不会发光，也不会反射光线。尽管暗物质在宇宙中的总质量约为普通物质的五倍，但它几乎完全不可见。原始黑洞长期以来被认为是暗物质的潜在候选之一。
伊瓜兹·胡安总结道，如果暗电荷的假设成立，那么宇宙中可能存在数量庞大的原始黑洞。这一设想不仅符合现有天体物理观测结果，还有可能解释宇宙中所有缺失的暗物质来源。
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