暗物质作为构成宇宙物质主要成分的神秘存在，其本质探究一直是现代宇宙学和粒子物理学的核心课题。在众多暗物质候选者中，原初黑洞因其不依赖超越标准模型的新粒子而独具吸引力，但传统形成机制多依赖于暴胀期间特定条件下的密度扰动增强，需要引入超出标准模型的物理假设。随着观测技术的进步，PBH的可行质量范围已被限制在“小行星质量”等窗口，这对形成机制提出了更严格的要求，也促使研究者转向探索更基础的物理过程。

近期，力学所引力波实验中心徐鹏团队与中国科学院大学博士生梁佳翔深入分析了早期宇宙电弱相变过程中产生的磁流体动力学湍流特性。由于相变时气泡碰撞注入的能量在极高雷诺数的原始等离子体中会激发持续多个哈勃时间的湍流运动，而这种超音速湍流能通过激波效应产生强烈的能量密度涨落，当密度涨落超过临界阈值时，局部区域就会发生引力坍缩形成原初黑洞。研究建立了完整的理论框架，并在不同参数下计算了PBH的丰度分布。 

理论计算表明，在较为自然的参数条件下，产生的PBH质量范围恰好覆盖10²²-10²⁵克，且其丰度足以构成暗物质的主导组分。这一结果与当前各类观测约束高度兼容，为PBH作为暗物质候选者提供了强有力的理论支持。

这项研究的重要意义在于首次通过流体湍流这一经典物理过程，为作为暗物质主导成分的原初黑洞提供了自洽的形成机制，为解决暗物质本质与起源这一基础科学问题提供了新思路。目前该成果发表于Chinese Physics Letters，并被期刊遴选为亮点成果给予报道。

图：不同质量的原初黑洞丰度所对应的宇宙极早期湍流的能量密度与马赫数取值范围

文章链接：

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0256-307X/42/11/111101

DOI 10.1088/0256-307X/42/11/111101