微型黑洞：解锁霍金辐射秘密的新钥匙？
这张模拟图显示了两个超大质量黑洞的合并
（图源：NASA戈达德太空飞行中心）
正文翻译：
斯蒂芬·霍金留给现代物理学最有意义的一个信息是：没有什么是永恒的，而现在，科学家可能知道了如何证明这个命题。
霍金对于现代物理最重要的一个贡献就是黑洞会通过辐射蒸发，最后以爆炸的形式结束自己的一生。为了纪念霍金在这方面先驱性的工作，这个导致黑洞蒸发的辐射被称为霍金辐射。但是，直到现在，对于霍金辐射的认知还是停留在理论上的，人类并没有在实际的观测中检测到霍金辐射。 然而，一个来自丹麦的研究团队认为，人类可能已经找到了足够的证据去证明黑洞正砸哎进行霍金辐射了。
该团队认为，当两个超大质量黑洞合并时，会产生很多“零碎”黑洞，而这些“零碎”黑洞就是解开霍金辐射的关键。
重要的是，根据霍金的理论，黑洞越小，蒸发速度越快。因此质量为太阳的数百万甚至数百亿倍的黑洞蒸发的速度极慢，其寿命长于宇宙的年龄。因此我们很难检测到这些超大质量黑洞发出的霍金辐射。但是对于小型黑洞来讲（意大利语中称为Bocconcini di Buchi Neri，译为零碎般的黑洞），我们很有可能检测到霍金辐射。
小型黑洞蒸发的速度如此的快，以至于其寿命可能小于人类的寿命。并且，黑洞在辐射出自己全部质量后，在生命的终点的爆炸中会产生一个特别的信号。使人类更有几率探测到霍金辐射。
“霍金认为黑洞的辐射是来自于辐射出一些粒子，” 这项提议背后的科学家、南丹麦大学理论物理学家弗朗切斯科-桑尼诺告诉了space.com。“我们研究了霍金辐射中理论的上会辐射出的粒子和许多假设在高能物理事件中（例如超大质量黑洞合并）产生的‘微型黑洞’“。
霍金辐射最初的理论基础来源于霍金在1974年写的一封题为“黑洞的爆炸？“的信中。该信件后来发表在了《自然》杂志上。信中，霍金在黑洞形成（主要由爱因斯坦的广义相对论解释）的过程中引入了量子力学。有意思的是，直至今日，相对论和量子力学仍是两个很难兼容的理论。
在过去的50年内，霍金辐射一直是存在于纸面上的数学理论，人类至今没有检测到任何来自黑洞的霍金辐射，原因有二：一、黑洞可能根本不释放热辐射，二、即使黑洞释放热辐射，这些热辐射也很不容易被检测到。而且，黑洞本身就是很捉摸不透的天体，增加的霍金辐射的研究难度。
“与常识相悖的是，黑洞的温度与其质量称反比。也就是黑洞质量越大，温度越低；质量越小，温度越高。” 桑尼诺说。
大爆炸的余晖——宇宙微波背景辐射导致了宇宙有一个背景温度（2.73开尔文，大约为零下270摄氏度）。热力学第二定律指出：热量不会自发的由低温物体传到高温物体。因此某些超大质量黑洞的霍金辐射会被宇宙的背景温度给挡住。
“由于其温度低于宇宙的背景维度，几倍太阳质量以上的黑洞是稳定的，不会向外部辐射能量。因此只有小型黑洞才被认为可以辐射出可以被检测到的霍金辐射。”
大麦哲伦云前的黑洞模拟视图（图源：Alain R. | Wikimedia Commons）
法国国家科学研究中心的研究人员贾科莫·卡恰帕利亚告诉space.com，由于宇宙中绝大部分黑洞都产生于高能物理事件，导致几乎所有的黑洞质量都在几倍太阳质量之上。他们无法辐射出可以被检测到的霍金辐射。
“只有被月球轻的黑洞才能辐射出能被检测到的霍金辐射。因此我们提出了黑洞碎片这个概念。我们认为这些黑洞碎片可能会在大质量黑洞合并中形成并且抛射出去。这些小型黑洞在形成后，由于霍金辐射，便会开始辐射可见光。”卡恰帕利亚附加到。“在一次黑洞合并事件中，会有许多的黑洞碎片被抛射到邻近区域。
但是，这些黑洞碎片产生的霍金辐射太过微弱，无法被望远镜直接探测到，就像事件视界望远镜也不是直接对着黑洞拍，而是对黑洞吸积盘上发光的物质进行曝光。
因此，该团队提出了一个能证明这些黑洞碎片存在的特征信号。这种特征信号表现为强大高能辐射伽马射线暴，应该发生在探测到黑洞合并的同一天空区域。
伽马射线暴的艺术图（图源：NASA/Swift/Cruz deWilde）
研究人员认为这些黑洞碎片的霍金辐射功率会随着质量的损失而越来越大，最后导致黑洞碎片的爆炸。质量为20000吨的黑洞的预计寿命只有约16年，而一个质量为100000吨的黑洞碎片预计寿命大约在几百年的数量级中。
这些黑洞碎片的爆炸会产生能量为万亿电子伏特级别的光子，作为对比，欧洲核子研究中心
的大型强子对撞机能产生的最高能的光子的能量为13.6万亿电子伏特。
研究人员的确知道如何检测这些黑洞碎片产生的霍金辐射。首先，要通过引力波信号去寻找正在合并的黑洞，然后通过伽马射线望远镜（例如高海拔切伦科夫伽马射线观测站，可以检测到1000亿到100万亿电子伏特的光子）进行跟踪观测，尝试捕捉这些黑洞碎片的伽马信号。
该团队承认，确认黑洞碎片的存在的路还很长，因此确认霍金辐射的真实性的路也很长，人类还有很长的一条路要走。
“对于这个新的想法，我们还有很多工作要做。在极高能物理中，我们现有的理论储备所能提供的语言精确性不足。因此我们计划对霍金辐射做更多更深入的研究，以便对极高能的辐射粒子做出更准确的模拟。这将涉及在搜索黑洞碎片的特征信号中与更多的机构进行合作。“卡恰帕利亚总结道。“随后，我们计划详细研究在黑洞合并等高能物理事件中产生的黑洞碎片。
该团队的研究成果已作为预印本论文发布在 arXiv 资料库上。
BY: Robert Lea
FY: Chen Li
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