这位物理学家正在寻找宇宙中最大的黑洞

发布者：玉石中承 2026-7-2 10:08

这位物理学家正在寻找宇宙中最大的黑洞

天文学家近来开始寻找比星系更大的黑洞。布莱恩拉基解释了这些巨型黑洞可能如何被外星文明利用，以及是什么让它们成为如此引人入胜的可能性。

马库斯马里特

没有任何黑洞可以被描述为小。即使是最微小的黑洞，其质量也是太阳的许多倍。但现在有一种说法提到了一种令其他黑洞都相形见绌的类型：超大质量黑洞，也被称为SLABs。这些黑暗的怪物其质量可能相当于整个星系，甚至更大。

SLABs的概念最初于几年前出现，部分是天文学家们急于揭开暗物质（这种神秘物质构成了宇宙中85%的物质）面纱的副产品。从那以后，他们一直通过尝试探测SLABs可能发出的光或它们弯曲时空的方式来寻找SLABs。但此前，牛津大学突破聆听项目的天文学家布莱恩拉基提出了另一种探测SLABs的方法，这种方法包括寻找它们在宇宙微波背景（CMB）上投下的阴影——宇宙微波背景是大爆炸刚结束时释放的光，如今弥漫整个宇宙。

《新科学家》与拉基谈论了这些巨型黑洞的新奇想法、我们发现其中一个的可能性，以及如果真的发现了会如何颠覆宇宙学。对拉基而言，他最初以一种令人意外的方式对这个话题产生了兴趣：这要归功于他寻找地外智能的日常工作。

MattvonHippel：你最初是通过在突破聆听计划中的工作对SLABs产生兴趣的。所以，你的主要工作是寻找外星人，而不是黑洞。我们从这里开始吧。

布莱恩拉基：突破聆听是开展搜寻地外文明（SETI）的最大规模项目，SETI即搜寻地外智慧生命。这是对技术特征——也就是外星技术存在证据的迹象——的科学探索。我们的主要方式是观测无线电波。比如，我们寻找那些占据极窄频率范围的无线电传输信号。我们认为这类信号很难自然产生，所以如果我们发现了这样的信号，并且能够排除它是来自人类的无线电干扰（这一点非常困难），那么我们或许就找到了某种地外技术的迹象。

寻找外星智能还有其他可能的方法——比如非常短的激光脉冲。我们认为宇宙中很少有能产生仅持续一纳秒的闪光的事物。我们与全球多家不同的机构和项目合作，寻找这些技术特征信号。而且我们几乎是从事这项工作的最大团队。

那么寻找地外智能与这些巨大的黑洞有什么联系呢？

我是一名理论家。我思考宇宙中可能存在的事物，这为我们寻找生命时可以探索的对象提供了思路。人们提出，外星智能生命可能不只是待在自己的星球上；它们或许会建造太阳系大小甚至更大的巨型结构。其中一种被称为戴森群，即围绕恒星布置一组能吸收光的元素，用这些光为该文明所需的任何事物提供能量——无论是栖息地、计算设备还是其他任何东西。

以前，人们曾有过更宏大的设想，思考这类技术如何能在星系尺度上发挥作用。我曾提出，与其在恒星周围部署蜂群，不如让高度发达的文明在星际介质中释放人造尘埃颗粒，每个颗粒都包含一台微型计算机。这些尘埃微粒仍会吸收星光，但由于它们距离遥远，温度会极低——大概略高于宇宙微波背景温度，约3或4开尔文。智能文明这么做的原因是出于效率考虑：温度越低，单位能量能完成的计算量就越大。

然后我更进一步提出，如果真的想尽可能地推进这件事，并且使用尽可能多的微型计算机，你甚至可能想要利用一个质量达千万亿倍太阳质量的巨大黑洞来冷却你的微型计算机，因为你可以在它周围的空间里容纳如此多的微型计算机。所有这些都是推测，但关键在于：如果这样的黑洞确实存在，那么原则上我们就能探测到它。

布莱恩拉基的日常工作是寻找我们可以探测先进外星文明迹象的方法

布莱恩拉基的日常工作是寻找我们可以用来搜寻先进外星文明迹象的方法JeffKravitzFilmMagicGetty

杰夫克拉维茨电影魔法盖蒂图片社

这太不可思议了。你曾想象外星文明将这些超大黑洞用作散热器，就像汽车发动机里的冷却液一样。

是的，这是一种可能的用途。另一个想法是，他们或许可以制造一种热机，让热量从比如宇宙微波背景流入黑洞。你可以利用这种热流在宇宙尺度上发电。

不过，等一下——根据我们对宇宙已有的了解，SLAB是否没有被排除在外？

我们知道黑洞主要有两种类型。一种是恒星级黑洞，其质量通常高达约100个太阳质量；另一种是位于星系中心的超大质量黑洞，其质量范围从约100万个太阳质量到数百亿个不等。

大多数人认为超大质量黑洞是最大的一类黑洞。当气体非常接近黑洞时，会产生大量辐射。它还会产生粒子喷流和星风，所有这些都会形成一种压力，将物质向外推。因此，人们曾认为，由于这种窒息效应，黑洞的质量无法增长到超过约1000亿个太阳质量。但我们对此其实并没有十足的把握。

你不是第一个想到SLABs的人。是谁提出它们可能存在的想法的？而且它们到底是怎么变得这么大的？

第一个系统地研究它们并为其命名的人是伦敦玛丽女王大学的天文学家伯纳德卡尔。卡尔和他的合作者提出，SLABs可能形成于大爆炸后不久。人们认为，大爆炸后不久，宇宙原本均匀的背景密度场中可能存在罕见的波动，这些波动可能会坍缩成黑洞。这些来自宇宙早期的假设黑洞被称为原初黑洞。如果这些波动很大，跨越了广阔的空间区域，那么就可能形成这些超大质量的黑洞。

卡尔提出了这样一个问题：如果存在一群质量达到或超过一万亿倍太阳质量的黑洞，我们会知道吗？我认为他提出这个问题的原因在于这是一种可能性，而人们之前从未考虑过。根据物理定律，这似乎是可能的。这些黑洞是否存在，只是我们没想过要去寻找？我们应该去验证一下。

寻找消失的巨型陨石的漫长探索一名士兵从撒哈拉沙漠返回，带来了一个关于一块远超其他陨石的巨型陨石的离奇故事。长久以来的搜寻毫无结果——但如今一对双胞胎兄弟认为他们已经解开了这个谜题

曾有一名士兵从撒哈拉沙漠归来，带着一个关于一块远超其他所有陨石的离奇故事。多年的搜寻都没有结果——但现在一对双胞胎兄弟认为他们解开了这个谜题。

而原初黑洞总体上引起了物理学家的兴趣，因为他们想知道原初黑洞是否可能是暗物质的真实身份。

人们一直在寻找更多类型的暗物质粒子，比如弱相互作用大质量粒子（即WIMPs）。人们曾认为它们应该已经开始在我们的粒子实验中出现，但至今尚未发现。因此，人们一直在考虑其他暗物质候选者，其中之一就是原初黑洞。

SLABs本身可能是暗物质的很大一部分吗？

它们肯定不在星系内部，因为它们的质量会超过星系本身。但那里可能存在一些弥散的暗物质，它们可以为其做出贡献。它们不会影响单个星系的旋转方式，但仍可能是连接不同星系的暗物质宇宙网的一部分。

我们有希望找到SLAB吗？

卡尔和他的合作者提出了几种寻找它们的方法。一个迹象是，如果星系际空间中存在某个质量极大的物体，其引力会开始吸引其他星系。我们或许会观测到所有这些星系都朝着这个不可见的物体冲去。他们还考虑到，如果这个黑洞位于星系际空间，物质会从星系际介质落入其中；在下落过程中，物质会升温并释放辐射。因此，他们寻找了这种辐射。但我们尚未发现这类特征的任何迹象。

位于近邻星系中心的黑洞M87，由事件视界望远镜合作组织拍摄。

M87黑洞位于一个邻近星系的中心，由事件视界望远镜合作组织拍摄。

事件视界望远镜合作组织

你的近期论文在宇宙微波背景中寻找SLABs的另一种类型的证据。你是如何着手寻找它的？

我要找的特定类型的证据是它的阴影。你可能见过人马座A和M87的图像，它们是附近的超大质量黑洞，看起来就像一个黑色的洞，周围环绕着由下落物质产生的光环。如果黑洞处于光背景下，它会吸收部分光线，所以你确实能在天空背景下看到一个黑色的洞。有些黑洞可能非常大。如果存在一个质量为千万亿倍太阳质量的黑洞，那么它会比星系大得多，因此会在宇宙微波背景上形成一个黑点。

那么，快点：你找到什么了吗？

我们通过非常灵敏的望远镜对宇宙微波背景（CMB）进行了现有观测，并研究这些观测结果以寻找其温度中的微小起伏——比黑点要微妙得多的现象。到目前为止，我们尚未观测到这类现象，但这并不排除SLABs的存在，只是表明如果它们确实存在，其数量非常稀少。我们的分析显示，质量超过一百万亿倍太阳质量的黑洞极为罕见，在我们可观测宇宙范围内不存在此类黑洞。

我们已经瞥见了大爆炸之前的景象，而它并非我们所预期的那样。大爆炸并非万物的开端，但此前一直无法看到它之前的事物。如今，一种新的宇宙学正在揭开时间开端的面纱。

大爆炸并非万物的开端，但我们一直无法窥见其之前的景象。如今，一种新的宇宙学正在揭开时间起源的面纱。

如果我们真的找到SLAB的证据，我们能学到什么？

如果我们发现了它们，它们很可能是原初的。这会告诉我们，在宇宙微波背景产生之前不久，也就是大爆炸后几千年，发生了一些事情。存在某种未知的物理过程，偶尔会产生这些极其巨大的黑洞。而且我认为这会很令人兴奋，因为这将表明存在某种新的物理现象，而我们甚至都不知道需要去寻找它。

除了SETI和SLABs之外，你现在对天文学中最感兴趣的是什么？

目前我们能观测到的最古老、最遥远的星系大约有135亿年的历史。但在这些星系与宇宙微波背景之间存在一段空白期——宇宙微波背景是我们能看到的最古老的事物，它在大爆炸后不久释放出来，比最古老的星系早约3亿年。这段被称为宇宙黑暗时代的时期很有意思：如果考虑到它在宇宙膨胀中的跨度以及当时宇宙的膨胀速度，它实际上占据了宇宙相当大的一部分。即使借助詹姆斯韦伯太空望远镜（我们通过它观测到那些最遥远、最古老的星系），我们也无法回溯到这段宇宙历史时期。

这会激发人的思考。在这片未被探索的宇宙空间里，可能存在着什么样的宝藏呢？SLABs是其中一种，但宇宙中可能还存在其他从大爆炸遗留下来的东西，正等待着被发现。

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