原初黑洞飛掠會導致火星軌道發生偏轉。

飛掠火星的黑洞想象圖。MIT

麻省理工學院物理學家David Kaiser認為，如果神秘的暗物質真如一些學者認為的那樣是由微型原初黑洞構成的，那么理論上平均每十年就會有一個這樣的黑洞飛掠太陽系。而當這些黑洞穿越太陽系時，我們就可以通過檢測火星軌道的晃動發現它們的存在。相關論文發表在近日的《物理學評論》D卷上。

宇宙物質總量的大約20%是可見的，它們構成了恒星、行星和星云等我們所熟知的一切。但其余的80%卻來無影去無蹤，科學家稱之為暗物質。暗物質表現的不與電磁波發生任何相互作用，只通過引力影響著天體的運行。

科學家為了尋找暗物質可謂煞費苦心。他們假想暗物質是由一種奇異的粒子構成的，它們能夠衰變成普通粒子并被探測到。但迄今為止所有尋找暗物質粒子的實驗均告落空。

也有科學家另辟蹊徑探索另外的可能。比如自上世紀七十年代開始，有人假設暗物質其實是微型的原初黑洞。所謂原初黑洞和我們常說的黑洞不同。普通的黑洞一般是指大質量恒星衰亡后坍縮的內核，而原初黑洞來自宇宙誕生之初。它們是因為宇宙局部密度過高而直接坍縮形成的。隨著宇宙的膨脹和冷卻，原初黑洞散布在了整個宇宙的所有角落。

黑洞是因為密度過高而形成的，它們能把巨大的質量集中于一點。原初黑洞大小不一，小的只有原子般大，但質量卻可以相當于一顆大型的小行星。有理由相信，這些微小但能又產生巨大引力場的原初黑洞，能夠扮演或至少扮演一部分暗物質的角色。

研究人員稱，如果一個原初黑洞從距離我們身體小于1米的地方飛過，那么我們會在1秒之內，被推出大約6米遠。從天文學的角度看，這種事情不太可能發生。但假如我們把尺度放大到行星際，情況就有可能不一樣。

為了得到一個明確的答案，研究人員使用了一個相對簡單的模型，來模擬太陽系中所有行星和幾個最大衛星的運行，以及它們之間引力的相互影響。

研究人員基于太陽系所在空間暗物質量，和穿越太陽系原初黑洞最有可能的質量——大約相當于太陽系最大的小行星質量，對原初黑洞穿越太陽系的概率，以及它們穿越太陽系時可能會對太陽系天體產生的影響進行了計算。

計算結果表明，平均大約每10年，就會有一個原初黑洞——如果它們真的存在，以及它們真的就是暗物質的話——穿越內太陽系。

基于這一概率，研究人員又模擬了各種質量相當于小行星的黑洞，從不同的角度，以每秒約240千米的速度穿越太陽系時，如果近距離飛掠某個天體，可能會產生的影響。模擬結果顯示，以當前的技術，我們能夠檢測到的最明顯影響來自火星。

研究人員發現，如果一個微型原初黑洞近距離飛掠火星，會導致火星發生輕微的晃動，也就是說，火星可能會微微偏離現有的運行軌跡。計算結果表明，火星在黑洞近距離飛掠后的一年內，會偏離原有的軌道大約1米。而以當前的技術與測量精度，我們是能夠發現這一偏差的。

研究人員表示，小行星的飛掠也有可能導致相似結果。所以如果我們檢測到這一偏差，那面臨的最大挑戰是要確認造成這一偏差的原因是近距離飛掠的黑洞，而非小行星。要保證這一點，則需要我們對小行星和黑洞飛行特征之間的差異有更多了解。

參考
A wobble from Mars could be sign of dark matter, MIT study finds
https://news.mit.edu/2024/mars-wobble-could-be-dark-matter-mit-study-finds-0917
Close encounters of the primordial kind: A new observable for primordial black holes as dark matter
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.110.063533