新的研究表明，我们可能很快就能检验斯蒂芬霍金最具争议的理论之一。
在20世纪70年代，霍金提出了暗物质，大多数物质组成的宇宙看不见的物质，可以由黑洞形成的最早时刻，宇宙大爆炸。
现在，三位天文学家提出了一种理论，不仅可以解释暗物质的存在，还可以解释宇宙中最大黑洞的出现。
“我个人觉得这个想法非常令人兴奋的是，它如何优雅地将我研究的两个真正具有挑战性的问题——探索暗物质的性质以及黑洞的形成和生长——巧妙地结合起来，并一口气解决了这些问题，耶鲁大学的天体物理学家 Priyamvada Natarajan在一份声明中说。更重要的是，一些新仪器——包括刚刚发射的詹姆斯韦伯太空望远镜——可以产生最终评估霍金著名概念所需的数据。
从一开始的黑洞
暗物质占宇宙中所有物质的 80% 以上，但它不以任何方式直接与光相互作用。它只是漂浮在巨大的周围，影响星系内的重力。
人们很容易认为黑洞可能是造成这种难以捉摸的东西的原因。毕竟，众所周知，黑洞是黑暗的，所以用黑洞填充一个星系在理论上可以解释所有对暗物质的观察。
不幸的是，在现代宇宙中，黑洞只有在大质量恒星死亡后才会形成，然后在自身引力的作用下坍塌。所以制造黑洞需要许多恒星——这需要一堆正常物质。科学家们通过对早期宇宙的计算知道宇宙中有多少正常物质，第一个氢和氦是在哪里形成的。而且根本没有足够的正常物质来制造天文学家观测到的所有暗物质。
沉睡的巨人
这就是霍金的用武之地。1971 年，他提出黑洞是在宇宙大爆炸最初时刻的混沌环境中形成的。在那里，物质袋可以自发地达到制造黑洞所需的密度，在第一颗恒星闪烁之前，它们就充满了宇宙。霍金认为这些“原始”黑洞可能是暗物质的原因。虽然这个想法很有趣，但大多数天体物理学家转而专注于寻找一种新的亚原子粒子来解释暗物质。
更重要的是，原始黑洞形成的模型遇到了观测问题。如果在早期宇宙中形成了太多，它们就会改变早期宇宙剩余辐射的图像，即宇宙微波背景辐射 (CMB)。这意味着该理论仅在古代黑洞的数量和大小相当有限的情况下才有效，否则它会与 CMB 的测量结果相冲突。.
2015 年，当激光干涉仪引力波天文台发现了第一对碰撞黑洞时，这个想法又重新出现了。这两个黑洞比预期的要大得多，解释它们大质量的一种方法是说它们是在早期宇宙中形成的，而不是在垂死恒星的心中。
一个简单的解决方案
在最新的研究中，迈阿密大学的 Natarajan、Nico Cappelluti 和欧洲航天局的 Günther Hasinger 深入研究了原始黑洞理论，探索它们如何解释暗物质并可能解决其他宇宙学挑战。
为了通过当前的观测测试，原始黑洞必须在一定的质量范围内。在这项新工作中，研究人员假设原始黑洞的质量约为太阳质量的 1.4 倍。他们构建了一个宇宙模型，用这些相当轻的黑洞代替了所有暗物质，然后他们寻找可以验证（或排除）该模型的观测线索。
研究小组发现，原始黑洞可以通过播种第一批恒星、第一批星系和第一批超大质量黑洞 (SMBH) 在宇宙中发挥重要作用。观测表明，恒星、星系和 SMBH 在宇宙学历史中出现得非常快，可能太快而无法用我们在当今宇宙中观察到的形成和生长过程来解释。
“如果原始黑洞确实存在，它们很可能是形成所有超大质量黑洞的种子，包括银河系中心的黑洞，”纳塔拉詹说。
而且这个理论很简单，不需要大量新粒子来解释暗物质。
“我们的研究表明，在不引入新粒子或新物理学的情况下，我们可以解决现代宇宙学的奥秘，从暗物质本身的性质到超大质量黑洞的起源，”卡佩鲁蒂在声明中说。
到目前为止，这个想法只是一个模型，但它可以相对较快地进行测试。詹姆斯韦伯太空望远镜在经过多年延迟后于圣诞节发射，专门用于回答有关恒星和星系起源的问题。下一代引力波探测器，尤其是激光干涉仪空间天线 (LISA)，有望揭示更多关于黑洞的信息，包括原始黑洞（如果存在的话）。
这两个天文台应该共同为天文学家提供足够的信息，以拼凑出第一颗恒星的故事以及暗物质的潜在起源。
“深入探索这个想法是不可抗拒的，因为它知道它有可能很快得到验证，”Natarajan 说。
