近日，物理學(xué)院、中原之光實驗室天體物理研究所蔡勇副教授與波蘭雅蓋隆大學(xué)朱勉博士、中國科學(xué)院大學(xué)樸云松教授合作，在原初黑洞產(chǎn)生機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展。NEC是彭羅斯（2020年諾貝爾獎得主）與霍金證明奇點定理的重要前提假設(shè)之一。研究違反NEC的可行性、實現(xiàn)途徑以及相應(yīng)的可觀測效應(yīng)，對于理解宇宙起源和相關(guān)的引力理論有重要意義。原初黑洞是在宇宙早期階段由高密度區(qū)域坍縮形成的黑洞，是暗物質(zhì)的候選者之一。原初黑洞的存在及其特性可以提供關(guān)于極早期宇宙的重要物理信息。

本工作提出基于暴漲期間的NEC違反產(chǎn)生原初黑洞的新機(jī)制。該機(jī)制下，NEC違反自然地在特定尺度上產(chǎn)生顯著增強(qiáng)的原初密度擾動功率譜，從而產(chǎn)生具有觀測意義質(zhì)量和豐度的原初黑洞，同時還能產(chǎn)生與其他機(jī)制可區(qū)分的標(biāo)量誘導(dǎo)引力波和原初引力波背景（如下圖）。該研究既提出了一種新的原初黑洞產(chǎn)生機(jī)制，也首次提出通過原初黑洞、標(biāo)量誘導(dǎo)引力波和原初引力波三者相結(jié)合探測或限制極早期宇宙中NEC違反的可能性。PRL審稿人評價該工作朝著解決一個關(guān)鍵問題邁出了至關(guān)重要的一步（“an essential step towards solving a critical problem”）。

研究成果以“Primordial black holes from null energy condition violation during inflation”為題發(fā)表于物理學(xué)國際頂級期刊《Physical Review Letters》上。蔡勇副教授為該論文第一作者，鄭州大學(xué)物理學(xué)院為論文第一單位。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、鄭州大學(xué)青年拔尖人才啟動基金等項目的支持。

文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.021001

原初黑洞豐度（左）、標(biāo)量誘導(dǎo)引力波與原初引力波能量密度譜（右）