科学家首次发现黑洞是暗能量来源的证据

发布时间：2023-02-16 19:28:01 栏目：生活

导读 对星系中心的超大质量黑洞的观测表明了暗能量的可能来源 - 宇宙中缺失的70%。来自古老和休眠星系的测量显示，黑洞的增长速度超过预期，这

对星系中心的超大质量黑洞的观测表明了暗能量的可能来源 - 宇宙中“缺失”的70%。



来自古老和休眠星系的测量显示，黑洞的增长速度超过预期，这与爱因斯坦引力理论中预测的现象一致。结果可能意味着我们的宇宙图景中不需要添加任何新东西来解释暗能量：黑洞与爱因斯坦的引力相结合是源头。

该结论是由夏威夷大学领导的九个国家的17名研究人员组成的团队得出的，其中包括伦敦帝国理工学院和STFC RAL太空物理学家。这项工作发表在《天体物理学杂志》和《天体物理学杂志快报》上的两篇论文中。

该研究的共同作者，来自帝国理工学院物理系的Dave Clements博士说：“这是一个非常令人惊讶的结果。我们开始研究黑洞如何随着时间的推移而增长，并且可能已经找到了宇宙学中最大问题之一的答案。

该研究的共同作者，来自STFC RAL Space的Chris Pearson博士说：“如果理论成立，那么这将彻底改变整个宇宙学，因为我们终于有了暗能量起源的解决方案，这已经困扰了宇宙学家和理论物理学家20多年。

引力与暗能量

在1990年代，人们发现宇宙的膨胀正在加速——一切都在以越来越快的速度远离其他一切。这很难解释——宇宙中所有物体之间的引力应该减缓膨胀。

为了解释这一点，有人提出“暗能量”比引力更强烈地推动物体分开。这与爱因斯坦提出但后来被抛弃的概念有关——一个反对引力并防止宇宙坍缩的“宇宙学常数”。

随着宇宙加速膨胀的发现，这一概念得以复兴，其主要成分是时空本身中包含的一种能量，称为真空能量。这种能量将宇宙推得更远，加速了膨胀。

然而，黑洞带来了一个问题——它们极强的引力很难对抗，尤其是在它们的中心，那里的一切似乎都在一种称为“奇点”的现象中崩溃。

新的结果表明，黑洞的质量与它们包含真空能量的方式一致，提供了暗能量的来源，并消除了在其中心形成奇点的需要。

黑洞成长之痛

这个结论是通过研究九十亿年的黑洞演化得出的。黑洞是在大质量恒星生命尽头时形成的。当在星系中心发现时，它们被称为超大质量黑洞。它们在一个相对较小的空间中包含了数百万到数十亿倍于太阳质量，产生了极强的引力。

黑洞可以通过吸积物质来增加大小，例如吞噬靠得太近的恒星，或者与其他黑洞合并。为了发现这些效应是否可以单独解释超大质量黑洞的增长，研究小组研究了跨越九十亿年的数据。

研究人员观察了一种称为巨型椭圆星系的特殊类型的星系，它在宇宙早期演化，然后进入休眠状态。休眠星系已经完成了恒星的形成，几乎没有留下什么物质供其中心的黑洞吸积，这意味着任何进一步的增长都无法用这些正常的天体物理过程来解释。

将遥远星系(年轻时)的观测结果与局部椭圆星系(古老而死亡)进行比较，发现其增长比吸积或合并预测的要大得多：今天的黑洞比7亿年前大20-<>倍。

宇宙学耦合

对宇宙演化不同点的相关星系群的进一步测量表明，宇宙的大小与黑洞的质量之间具有良好的一致性。这些表明，宇宙中测得的暗能量量可以用黑洞真空能量来解释。

这是第一个观测证据，证明黑洞实际上含有真空能量，并且它们与宇宙的膨胀“耦合”，随着宇宙的膨胀而增加质量 - 这种现象称为“宇宙学耦合”。如果进一步的观测证实了这一点，宇宙学耦合将重新定义我们对黑洞的理解。

研究第一作者，夏威夷大学天文学家，前帝国理工学院博士生Duncan Farrah说：“我们实际上同时说了两件事：有证据表明典型的黑洞解决方案在很长一段时间内对你不起作用，我们有第一个提出的暗能量天体物理来源。

“不过，这意味着并不是其他人没有提出暗能量的来源，但这是第一篇观测论文，我们没有向宇宙添加任何新的东西作为暗能量的来源：爱因斯坦引力理论中的黑洞是暗能量。