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title: "比恒星还早的黑洞，今天该怎样找"
description: "看它们的质量和辐射今天会造成什么：蒸发、星光短暂增亮、气体发热和并合。小行星质量附近仍未排除。"
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last_modified: "2026-11-12"
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[原初黑洞：从早期塌缩到今天的观测限制](https://sandboxphysics.com/zh/stories/primordial-black-holes/) Concept

# 比恒星还早的黑洞，今天该怎样找

Sandbox Physics · 2026-11-12

找它们今天留下的效果。宇宙最初一秒里形成的黑洞，到今天还会弯折光线、吸积气体，小的还在蒸发。每种效应只对一段质量敏感，合在一起排除了大部分质量；只在小行星质量附近，这样的黑洞仍可能构成全部暗物质。到目前为止还没有发现任何一个。

## 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。

有两种想法可能关上或证实这个窗口。非常致密的X射线脉冲星足够小，能显出小行星质量透镜造成的增亮。另外，如果这样的黑洞到处都是，每十年就该有几个穿过太阳系，轻轻推动行星；精确测量地球到火星或金星的距离，也许能察觉。

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

## 质量有分布时，要整体检验

每条发表的限制都假设黑洞全是同一个质量，真实的形成过程却给出一段分布。检验这段分布时，每项观测都要按自己在各个质量上的灵敏度，把所有质量的贡献加起来，一项一项地算。把分布直接叠在限制曲线上，看它是否处处低于曲线，会得出错误的结论：限制曲线管的是黑洞的总量，分布画的是每段质量里分到多少。

形成黑洞的早期密度峰也很关键。只有密度分布里极其稀少的高端尾巴才会塌缩。在一个简单模型里，把峰降低百分之十五，黑洞数量就会少大约一百倍。

对应阅读：Carr, Raidal, Tenkanen, Vaskonen & Veermäe · Primordial black hole constraints for extended mass functions · arXiv:1705.05567v3, Phys. Rev. D 96, 023514 (2017) · Carr, Iovino, Perna, Vaskonen & Veermäe · Primordial black holes: constraints, potential evidence and prospects · arXiv:2601.06024v2 (1 April 2026) · Young, Byrnes & Sasaki · Calculating the mass fraction of primordial black holes · arXiv:1405.7023v4, JCAP 1407 (2014) 045

## 到目前为止看到了什么

还没有认定任何一个原初黑洞。有些观测让这个想法继续被讨论：少数引力波事件的质量，恒星死亡很难造出来；有一个候选信号提示，并合的一方可能比太阳还轻；扣除已知天体后，残留的红外和X射线微光里的起伏，也有人解释为早期星系里的黑洞。这些现象也都有天体物理上的解释。

原初黑洞现在仍是候选者。限制告诉我们它们藏不到哪里，小行星质量窗口告诉我们它们还可能藏在哪里。

对应阅读：Carr, Iovino, Perna, Vaskonen & Veermäe · Primordial black holes: constraints, potential evidence and prospects · arXiv:2601.06024v2 (1 April 2026) · 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)

## [调整早期密度峰，把形成的黑洞逐一对照各项限制](https://sandboxphysics.com/zh/labs/primordial-black-hole-mass-function/)

1. 从默认状态开始，看一片视界区域升过阈值平面并塌缩。
2. 把质量手柄往更重的方向拖，直到昴星团微引力透镜的比值超过1。
3. 选“峰值降低15%”，看黑洞占暗物质的比例下降约一百倍。

[下一篇：早期宇宙里的一块高密度区域怎样变成黑洞](https://sandboxphysics.com/zh/stories/primordial-black-holes/how-an-early-overdensity-becomes-a-black-hole/)

## 来源，以及每篇读了多少

1. [Carr, Iovino, Perna, Vaskonen & Veermäe · Primordial black holes: constraints, potential evidence and prospects · arXiv:2601.06024v2 (1 April 2026)](https://arxiv.org/abs/2601.06024v2)

   综述；arXiv 标注期刊信息 Riv. Nuovo Cim. (2026)。通读第II.A.2节（非高斯性）、IV.C（引力波）、IV.E（吸积）、V（小行星质量窗口）、VI（式25至29）以及图2至图6的图注；第II、III节读了部分。

2. [Carr, Raidal, Tenkanen, Vaskonen & Veermäe · Primordial black hole constraints for extended mass functions · arXiv:1705.05567v3, Phys. Rev. D 96, 023514 (2017)](https://arxiv.org/abs/1705.05567v3)

   全文。单个观测量的线性规则（式12）和多个观测量的平方和合并（式13），以及它们成立的前提。

3. [Young, Byrnes & Sasaki · Calculating the mass fraction of primordial black holes · arXiv:1405.7023v4, JCAP 1407 (2014) 045](https://arxiv.org/abs/1405.7023v4)

   第1至4.2节：高斯窗口平滑的密度方差、Press–Schechter尾部估计，以及用来独立核验的式28数值。

4. [Harada, Yoo & Kohri · Threshold of primordial black hole formation · arXiv:1309.4201v4, Phys. Rev. D 88, 084051 (2013)](https://arxiv.org/abs/1309.4201v4)

   只读了摘要。摘要给出辐射主导时，数值模拟所用量度下的阈值约为0.41。

5. [Particle Data Group · Review 27, Dark Matter (2025 edition, 1 December 2025)](https://pdg.lbl.gov/2025/reviews/rpp2025-rev-dark-matter.pdf)

   第27.1、27.3和27.7节：形成时刻与质量、几类主要限制，以及大约$10^{17}$到$10^{21}$克的窗口。

6. [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)](https://arxiv.org/abs/1910.01285v2)

   只读了摘要。M31里能用的源星比假设的大，Subaru HSC微引力透镜限制在某些质量下因此放宽近三个数量级。

7. [Mróz, Udalski et al. · No massive black holes in the Milky Way halo · arXiv:2403.02386v3, Nature 632, 749 (2024)](https://arxiv.org/abs/2403.02386v3)

   只读了摘要。OGLE二十年观测约8000万颗大麦哲伦云恒星，没有长于一年的事件，因此$1.8\times10^{-4}$到6.3倍太阳质量的致密天体最多占暗物质的1%。

8. [Carr, Kohri, Sendouda & Yokoyama · New cosmological constraints on primordial black holes · arXiv:0912.5297v2, Phys. Rev. D 81, 104019 (2010)](https://arxiv.org/abs/0912.5297v2)

   只读了摘要。$10^{9}$到$10^{17}$克的黑洞蒸发对核合成和河外光子背景的影响所给出的限制。

9. [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)](https://arxiv.org/abs/2002.10771v2)

   只读了摘要。吸积改变宇宙微波背景记录的电离历史；在1万倍太阳质量附近，限制达到$3\times10^{-9}$，结果依赖吸积物理。

10. [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)](https://arxiv.org/abs/2405.05732v2)

    只读了摘要。用多种质量函数对O3并合事件做分层贝叶斯分析，1到200倍太阳质量之间原初黑洞最多约占暗物质的千分之一。

## 继续阅读

宇宙最初一秒里的黑洞 · 阅读路径

### 宇宙最初一秒里的黑洞

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2. [文章 **早期宇宙里的一块高密度区域怎样变成黑洞**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/primordial-black-holes/how-an-early-overdensity-becomes-a-black-hole/)
3. [文章 **高斯分布的稀有尾部怎样决定原初黑洞的数量**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/primordial-black-holes/how-a-rare-gaussian-tail-sets-the-abundance/)
4. [文章 **黑洞质量有分布时，怎样同时对照多项观测**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/primordial-black-holes/test-a-mass-spread-against-many-limits/)
5. [文章 **把微引力透镜限制推广到有质量分布的黑洞**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/primordial-black-holes/extend-a-microlensing-limit-to-a-mass-spread/)
6. [文章 **怎样读2026年的原初黑洞综述**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/primordial-black-holes/read-the-2026-primordial-black-hole-review/)