卡夫裡宇宙物理與數學研究所（Kavli IPMU）是許多跨學科專案的所在地，這些專案得益於該研究所廣泛專業知識的協同作用。有一個這樣的專案是研究在恆星和星系誕生之前的早期宇宙中可能形成的黑洞。

圖注：在大爆炸之後不久，嬰兒宇宙從我們的宇宙中分支出來，對我們來說是黑洞。

這樣的原始黑洞（PBH）可以佔到暗物質的全部或部分，對一些觀測到的引力波訊號負責，並在我們銀河系和其他星系的中心發現超大質量黑洞。當它們與中子星碰撞並破壞它們，釋放出富含中子的物質時，它們還可能在重元素的合成中發揮作用。尤其令人興奮的可能性是，佔宇宙中大部分物質的神秘暗物質由原始黑洞組成。一位理論家羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）和兩位天文學家萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）和安德里亞·格茲（Andrea Ghez）被授予2020年諾貝爾物理學獎，其發現證實了黑洞的存在。由於已知自然界中存在黑洞，因此它們非常適合用於暗物質。

一個國際粒子物理學家，宇宙學家和天文學家團隊，包括卡夫裡宇宙物理與數學研究所（Kavli IPMU）成員亞歷山大·庫森科（Alexander Kusenko）、佐佐木節（Misao Sasaki）、Sunao Sugiyama、Masahiro Takada和沃洛迪米爾·塔克希斯托夫（Volodymyr Takhistov），在尋找原始黑洞（PBH）的基礎理論、天體物理學和天文觀測方面取得了最新進展。

為了瞭解有關原始黑洞的更多資訊，研究團隊研究了早期宇宙的線索。早期的宇宙是如此密集，以至於任何超過50％的正密度波動都會產生黑洞。但是，眾所周知，播種星系的宇宙擾動要小得多。然而，早期宇宙中的許多過程可能為黑洞的形成創造了正確的條件。

一種令人興奮的可能性是，原始的黑洞可能是由膨脹期間形成的“嬰兒宇宙”形成的，膨脹是宇宙一個快速擴張的時期，被認為是我們今天所觀察到的結構（例如星系和星系團）的種子。在膨脹期間，嬰兒宇宙可以從我們的宇宙中分支出來。一個小的嬰兒宇宙最終會崩潰，但是在小體積中釋放的大量能量會導致形成黑洞。

更大的嬰兒宇宙等待著更加奇特的命運。如果它大於某個臨界尺寸，則愛因斯坦的引力理論將允許嬰兒宇宙以與內部和外部觀察者不同的狀態存在。內部觀察者將其視為正在膨脹的宇宙，而外部觀察者（例如我們）將其視為黑洞。無論哪種情況，我們都將大小嬰兒宇宙視為原始的黑洞，它們將多個宇宙的基本結構隱藏在其“事件視界”之後。事件視界是一個邊界，在該邊界下，所有物體（即使是光線）也被捕獲並且無法逃脫黑洞。

研究小組在論文中描述了原始黑洞（PBH）形成的新場景，並表明，在夏威夷莫納基亞山山頂4200米的山頂附近，可以使用8.2米斯巴魯望遠鏡的Hyper Suprime-Cam（HSC）找到黑洞，卡夫裡宇宙物理與數學研究所（Kavli IPMU）的管理這種巨大的數碼相機發揮了關鍵作用。他們的工作是HSC對PBH搜尋的令人興奮的擴充套件，卡夫裡宇宙物理與數學研究所（Kavli IPMU）的首席Masahiro Takada和他的團隊正在致力於這一搜索。HSC團隊最近報告了Niakura、塔克希斯托夫等人對原始黑洞存在的主要限制。

為什麼HSC在這項研究中必不可少？ HSC具有每隔幾分鐘對整個仙女座星系成像的獨特功能。如果黑洞透過視線到達其中一顆恆星，則黑洞的引力會使光線彎曲，並使該恆星在短時間內顯得比以前更亮。恆星變亮的持續時間告訴天文學家黑洞的質量。透過HSC觀測，一個人可以同時觀測一億顆恆星，併為可能穿越某一視線的原始黑洞撒下了一張寬網。

​最早的HSC觀測已經報告了一個非常有趣的候選事件，與“多重宇宙”中的原始黑洞相一致，黑洞的質量與月球的質量相當。在第一個跡象的鼓舞下，並在新的理論理解的指導下，研究小組正在進行新一輪的觀察，以擴大搜索範圍，並提供確定性的測試，以驗證多宇宙場景中的原始黑洞是否能解決所有暗物質。