比恒星还早的黑洞，今天该怎样找

不靠恒星也能形成的黑洞

我们最熟悉的黑洞，是大质量恒星死亡后留下的，至少有太阳的几倍重。早期宇宙还提供了另一条路。最初一秒里，宇宙充满炽热的辐射，几乎处处一样均匀。假如某个区域比周围密了四五成，它比光从宇宙开始走过的距离还大时，引力没法把它整体拉拢；等这个距离长到能把它圈进来，引力就能同时作用于整片区域。密度高出得足够多，这片区域会直接塌成黑洞。

这样的黑洞有多重，取决于它形成的时刻：大致等于那段光行距离里包含的质量，每过一秒约增加二十万个太阳。宇宙诞生后 $10^{-15}$ 秒形成的黑洞，质量和一颗大型小行星相当，个头只有病毒大小；千分之一秒时形成的，约有四十个太阳重。这类黑洞叫原初黑洞。

对应阅读：Particle Data Group · Review 27, Dark Matter (2025 edition, 1 December 2025) · Harada, Yoo & Kohri · Threshold of primordial black hole formation · arXiv:1309.4201v4, Phys. Rev. D 88, 084051 (2013)

它们为什么可能是暗物质

星系的运动显示，里面的质量远多于看得见的部分。补上这部分质量的东西几乎不发光、不吸光，主要靠引力和别的物质打交道。比所有恒星都早出现的一群黑洞正好符合这些特点，所以原初黑洞一直是暗物质候选者。物理学家用“占暗物质的比例”描述它们有多少，从0到1。

对应阅读：Particle Data Group · Review 27, Dark Matter (2025 edition, 1 December 2025) · Carr, Iovino, Perna, Vaskonen & Veermäe · Primordial black holes: constraints, potential evidence and prospects · arXiv:2601.06024v2 (1 April 2026)

会暴露它们的四种信号

最轻的会因为蒸发暴露自己。霍金指出黑洞会慢慢向外辐射，越小越热。出生时约 $5\times10^{14}$ 克、相当于一座小山的黑洞，差不多正在这个时代蒸发殆尽；稍重一些的还在放出伽马射线。实测的伽马射线背景，以及宇宙最初几分钟合成的轻元素含量，几乎没给 $10^{17}$ 克以下的黑洞留下空间。

更重的会弯折光线。一团致密质量从恒星前方几乎正对着经过时，会像透镜一样让星光增亮一阵，这叫微引力透镜事件。昴星团望远镜（Subaru）的巡天相机盯着仙女座星系里的恒星找这种短暂闪烁。OGLE巡天用二十年监测大麦哲伦云里约8000万颗恒星，没有找到持续一年以上的事件，因此大约 $2\times10^{-4}$ 到6倍太阳质量的黑洞，最多只占暗物质的百分之一。

最重的会加热气体。超过约十倍太阳质量的黑洞会把周围气体吸进来，气体下落时发光。在年轻的宇宙里，这种光会改变氢原子变成中性的时间，痕迹留在宇宙微波背景里，也就是我们能看到的最古老的光。这条限制有多严，要看气体究竟怎样落进黑洞，这一点还有争论。

成对的会并合。形成时恰好挨得近的原初黑洞，可以很早结成双星，几十亿年后并合，放出引力波。LIGO、Virgo和KAGRA已经记录了大量黑洞并合事件。对第三轮观测的分析显示，1到200倍太阳质量之间的原初黑洞，最多约占暗物质的千分之一。

对应阅读：Carr, Iovino, Perna, Vaskonen & Veermäe · Primordial black holes: constraints, potential evidence and prospects · arXiv:2601.06024v2 (1 April 2026) · Carr, Kohri, Sendouda & Yokoyama · New cosmological constraints on primordial black holes · arXiv:0912.5297v2, Phys. Rev. D 81, 104019 (2010) · Smyth, Profumo, English, Jeltema et al. · Updated constraints on asteroid-mass primordial black holes as dark matter · arXiv:1910.01285v2, Phys. Rev. D 101, 063005 (2020) · Mróz, Udalski et al. · No massive black holes in the Milky Way halo · arXiv:2403.02386v3, Nature 632, 749 (2024) · Serpico, Poulin, Inman & Kohri · Cosmic microwave background bounds on primordial black holes including dark matter halo accretion · arXiv:2002.10771v2, Phys. Rev. Research 2, 023204 (2020) · Andrés-Carcasona, Iovino, Vaskonen & Veermäe · Constraints on primordial black holes from LIGO-Virgo-KAGRA O3 events · arXiv:2405.05732v2, Phys. Rev. D 110, 023040 (2024)

仍然敞开的质量范围

蒸发限制和微引力透镜限制之间，留着一段约 $10^{-17}$ 到 $10^{-10}$ 倍太阳质量的空当，相当于小行星的质量。这种黑洞太重，到今天还没蒸发完；又太轻，挡在恒星前面也看不出增亮：它比后面的恒星小得多，在这个尺度上光表现得像波，会绕过透镜散开。有人提出用中子星被吞掉、白矮星被点燃来限制它们，后来的研究对这些论证提出了质疑。在这段质量里，原初黑洞仍可能构成全部暗物质。