假如太阳内部有个黑洞会怎样？
太陽中心可能是個黑洞？這個看似離譜的觀點其實還真有科學依據。
我們知道，自然界中的黑洞至少也得兩三倍太陽質量（奧本海默極限嘛），所以太陽里如果有黑洞的話，那肯定不是恒星坍縮形成的那種恒星級黑洞，只能是更小的黑洞。可是就算是把整個太陽直接壓縮成黑洞，半徑也不過 3 公里而已。所以如果太陽中心是個黑洞的話，這個黑洞顯然會非常非常小。這么小的黑洞是哪來的呢？
沒錯，當然是“原初黑洞”了！
由于當時的宇宙中還沒有恒星，所以這些黑洞不需要經歷恒星坍縮這一步，它們是由宇宙中的原始氣體云直接坍縮形成的，因此大小沒有限制。它們大的可以大到上百萬個太陽；而小的可以小到肉眼根本看不見的程度。
有人可能會說：“這么小的黑洞，估計早就被霍金輻射蒸發干凈了吧？”
還真不一定！
理論上來說，黑洞的蒸發速率和它質量的平方成反比，因此，越小的黑洞確實蒸發得越快。如果一個黑洞從宇宙誕生之初開始蒸發，直到今天仍然沒有蒸發干凈的話，那這個黑洞就是理論上自然界可以存在的最小黑洞，而它所具有的質量被稱為“霍金蒸發極限”，這個值大約是 10 億噸。
“10 億噸”乍一聽好像很大，實際上這個質量只相當于一座小山丘。而把一座山壓縮成黑洞，它的大小充其量只有一個原子大小。也就是說，只要這個黑洞比一個原子大，那么它就有可能存活至今。
黑洞本就不容易看到，加上還這么小，那假如宇宙中真的存在這種完全看不見的微型黑洞，而且是大量存在的話，有沒有覺得它們很像一種我們一直在找但又沒找到的東西？沒錯，就是暗物質。這也是原初黑洞被作為暗物質候選者的原因。
如果只算恒星演化形成的黑洞，我們銀河系可能包含 1 億個這樣的恒星級黑洞。平均下來的話，它們相互之間的距離大約有 100 萬個天文單位，也就是 16 光年。但是如果把剛才說的那種看不見的微型原初黑洞也包括進去的話，那么銀河系中每個黑洞的平均距離將縮小至 1 個天文單位，這已經遠遠超過了銀河系中恒星的數量和密度。假如真是這樣的話，恒星捕獲一只小黑洞完全就是個大概率事件，甚至于一些恒星的形成就是由于這些小黑洞的原因。
關于“恒星中可能存在黑洞”的觀點，最早可以追溯到上世紀七十年代霍金的一篇論文。
在那篇文章中，霍金描述了恒星中心可能會存在一種質量極低的引力塌縮體。之后人們發現，霍金的這個猜想可能還真有點道理。因為人們發現，太陽釋放出的中微子和理論計算出來的差了不是一星半點。因此有人推測，太陽的能量除了核聚變外，或許還有其他產生方式。
我們知道，黑洞吞噬物質主要是通過吸積盤。也就是先通過潮汐力把物體撕碎，讓它在周圍形成高密度的氣體盤，這些氣體盤中的物質在向中心旋近的過程中，由于內外圈的轉速不一致會使得氣體粒子之間產生劇烈的摩擦和碰撞，該過程會產生大量能量并向外輻射出來。論能量轉化效率，黑洞吸積盤至少可以達到 10% 以上，相比之下，核聚變還不到 1%。
這種由黑洞吸積產生的能量，一方面可以替代核聚變來抗衡恒星的引力坍縮，另一方面它不會像聚變反應那樣產生多余的中微子，所以這個猜想正好可以用來解釋太陽的中微子缺失問題。于是人們將這種可能包含微型黑洞核心的概念恒星稱為“霍金星”。
然而 20 世紀末，一項意外發現讓整件事情有了新的進展。
1998 年，原本用于探測質子衰變的日本超級神岡探測器首次發現了中微子振蕩現象。所謂中微子振蕩，指的是中微子在運動過程中會“變味”。這里的“味”是和質量、電荷類似的一種粒子的基本屬性。“味道”的改變意味著中微子從一種中微子變成了另外一種中微子。
由于太陽中微子主要是由氫氦聚變產生，理論上它只能釋放電中微子，之前各個探測器也都是為了捕捉這種電中微子設計的。但是這些電中微子在飛向地球的過程中，有至少一半以上“變了味”。那些變了味的中微子由于逃脫了探測，因此太陽的中微子才出現了缺失。
繼神岡探測器發現中微子振蕩現象后，科學家果真探測到了太陽發出的所有中微子種類，至此太陽中微子缺失的問題才算得到了解決，同時“太陽里有黑洞”的想法也被人們逐漸淡忘。
然而前不久，一篇發表于《天體物理學雜志》的文章中，作者重新研究了具有黑洞核心恒星的具體演化情況。
你可能也會好奇：恒星里如果真有黑洞的話，這黑洞難道不應該從內到外把整個恒星給吞了嗎？
為了搞清楚這個問題，研究人員使用不同的黑洞初始質量與不同的吸積模型，模擬了一顆中心存在黑洞的太陽是如何演化的。結果他們驚訝的發現，如果黑洞初始質量足夠小，那么這顆太陽的表面特征將和普通恒星幾乎沒有任何差別，只有在演化后期的紅巨星階段才能表現出一些不一樣的特征。
對于一顆具有小行星質量、只有粒子大小的黑洞，它對周圍環境和物質的影響十分有限，對恒星的吞噬過程也會非常緩慢，這將導致其所在的這顆恒星壽命比普通恒星長得多。但當黑洞的初始質量比較大時（比如地球質量的黑洞），此時該黑洞就會像《異形》中侵入人體的抱臉蟲一樣，在恒星體內不斷吞噬長大，直到掏空恒星內部。
在吞噬恒星物質的過程中，當黑洞吸積產生的能量足夠大時，太陽核心的聚變反應將被迫停止，接下來太陽會以一顆普通恒星的樣子持續發光發熱數十億年。之后，太陽將膨脹成一顆比紅巨星小得多的亞紅巨星。屆時，太陽的外層不會到達通常認為的火星軌道，而是最多只到水星軌道的 1/10 處便停止了。
雖然這種情形下地球可以幸免于難，但是地球上的生命可就不一定了。膨脹后的太陽輻射到地球表面的熱量，足以讓海洋沸騰不止。面對“燒烤配魚湯”的地球，除非人類往太陽系外圍遷移，否則我們的整個文明必將就此終結。而太陽的結局也將不再是顆白矮星，最終它將成為一顆亞太陽質量的小黑洞。
以上這些猜測聽起來有點天方夜譚，那有沒有方法能檢驗它呢？
通過對地震波的研究我們可以了解地球內部的結構，同樣，對恒星振動的研究也能讓我們對恒星的內部有一定了解，這在天文學上被稱為“恒星地震學”，也叫“星震學”。
目前根據對太陽的星震學研究，我們并沒有在其內部發現有黑洞存在的跡象。當然，也不排除是黑洞太小所以探測不到的原因。比如如果太陽內部的黑洞只有水星質量（直徑大概 1mm 左右），那么目前我們確實沒辦法探測出來。
既然探測不出來，那“恒星內部存在黑洞”的這個說法是不是仍舊只是純腦洞的猜測呢？
根據對一些球狀星團中恒星和白矮星的研究，對于它們為何具有極高氦豐度的現象，現有模型很難給出解釋。但是如果考慮具有黑洞核心的恒星模型，那么一切似乎就說得通了。除此之外，從引力波探測數據中，科學家也發現了一些奇怪的大質量黑洞合并事件。它們的質量已經超過了正常的恒星級黑洞范圍，這些罕見的中等質量黑洞或許就是由具有原初黑洞為核心的恒星演變來的。
總的來說，早年為解決太陽中微子缺失問題，曾有觀點以太陽中心存在微型黑洞予以解釋。后來，隨著中微子振蕩被發現，太陽內部存在黑洞這事就被淡忘了。而如今，科學家借助原初黑洞，從理論可能性角度出發，再次證明了一個包含黑洞核心的恒星確實是有可能的。這一理論不但開辟了新的恒星演化模型，同時對中等質量黑洞（包括超大質量黑洞）的形成也提供了新的思路。
等一下
如果原初黑洞在恒星的形成中可以發揮作用，那它們是否也會在其他吸積過程中同樣發揮作用？比如行星的形成？
假如部分暗物質真的是由處于霍金蒸發極限附近的微型黑洞構成的話，那么這些微型黑洞的平均距離僅有 1 個天文單位，這恰好也是地球和太陽之間的距離。這意味著，如果太陽中心真有一個水星大小黑洞的話，地球中心存在一個更小的低質量黑洞豈不也是也有可能嗎？
參考資料：
[1] https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad04de
[2] https://arxiv.org/abs/2312.07647
[3] https://academic.oup.com/mnras/article/152/1/75/2604549
[4] https://www.discovermagazine.com/the-sciences/could-a-black-hole-sit-at-the-center-of-the-sun
[5] https://www.universetoday.com/164864/could-there-be-a-black-hole-inside-the-sun
[6] https://briankoberlein.com/post/black-hole-sun
[7] https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2013/10/aa21949-13/aa21949-13.html
本文來自微信公眾號：Linvo 說宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo
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總結
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