全球今热点：诡异！黑洞竟无故变大：新发现或颠覆宇宙学
发布时间：2023-02-21 23:50:47
来源：星空天文
科学家发现首个表明“暗能量”与黑洞有关的证据。
(资料图片)
黑洞附近的视觉呈现。 NASA
宇宙在加速膨胀。今天的宇宙比过去膨胀得快，离我们越远的宇宙离开我们的速度也越快。这让科学家百思不得其解。
人们假设时空中存在某种未知的斥力，正在抵抗引力的拉动，推动宇宙加速膨胀，并称这种假想中的力量为“暗能量”。计算结果显示，“暗能量”占宇宙“质量和能量”总和的68%。“暗能量”比较有可能就是所谓的“真空能”。但无论叫什么名字，科学家对这种力量的本质都一无所知。
2月15日，《天体物理学期刊通讯》杂志上发表了一篇论文。通过这篇论文，来自9个国家的17位天文学家称，他们首次发现了“暗能量”可能与黑洞有关的证据。
黑洞一般是大质量恒星消亡后的遗骸。超过临界值的强大引力和压力在死星爆发过程中将恒星的内核向内挤压，将大量的物质压缩进一个极小的空间。一个质量和太阳一样的恒星如果要变成黑洞，其所有质量必须挤入一个直径只有几十千米的球体内。
黑洞一旦形成，就会产生强大的引力，强大得连光也无法逃离它的引力。正因如此，我们无法看到它“里面”究竟是什么样子的，而只能看到一个黑洞。所有现有的物理学理论，都无法解释它“里面”有什么，因为当它们描述黑洞内部时，都会在数学上归结于“奇点”。“奇点”则意味着“无解”。
宇宙中除了个体较小的“恒星级黑洞”，还有通常端坐于星系中心的“超大质量黑洞”。“超大质量黑洞”与“恒星级黑洞”在质量上根本不是一个量级的，它们的质量动辄可达几百万至几十亿个太阳。
黑洞会变大，这不奇怪。黑洞能够通过“吞噬”外部物质增加质量，变得“越来越大”。这些物质可以是靠得太近的恒星或星云，也可以是其他黑洞。人类的引力波天文台已经探测到很多起发生在遥远宇宙中的黑洞合并事件。
但在那些“超大质量黑洞”身上，有一件事一直困扰着天文学家。他们发现这些黑洞如果按照典型的物质吞噬或黑洞合并概率，无法“长”到今天那么大。
而这一次，研究人员对宇宙中多个与地球距离各不相同的椭圆星系中心黑洞参数进行了比较后，又发现了一个更奇怪的现象。
椭圆星系是一类缺乏造星活动的星系，这意味着它们内部可供中心黑洞吞噬的物质已经耗尽。如果是这样，这就意味着它们中心的“超大质量黑洞”在星系停止造星后，便不会再明显地长大。
研究人员分析的这些椭圆星系有些处于遥远的宇宙，意为它们处于宇宙的早期；有些处于较近的太空中，意为它们更接近宇宙的“今天”。当研究人员比较这些星系中心的“超大质量黑洞”后，吃惊地发现，“今天”的椭圆星系中心“超大质量黑洞”质量要比那些遥远宇宙中椭圆星系中心“超大质量黑洞”的质量大很多。而由于它们已经长期缺乏食物，这些多出来的质量不可能是它们通过这样的方式获得的。
研究人员认为，这一现象表明，如果宇宙的加速膨胀是因为有“真空能”，亦即所谓的“暗能量”，那么黑洞的内部可能也包含有“真空能”，而且它们所包含的“真空能”与宇宙的膨胀是“耦合”的。这导致它们的质量在宇宙的膨胀过程中，同步增加了。
研究人员通过计算发现，假如这种“耦合”确实存在，那么宇宙中的所有黑洞恰好能够解释今天我们所观测到的宇宙加速膨胀。
研究人员建立的模型，能够为“暗能量”的起源提供一种较好的解释；与此同时也在数学上避免了黑洞内部出现“奇点”。但究竟是什么原因导致了这种“耦合”，却仍是一个谜。
认为黑洞内存在“真空能”的看法并不是新的。但假如说黑洞内的“真空能”会与宇宙的膨胀“耦合”，也就是说它们是相互依赖的，却是一个新的发现。它不但为我们揭示“暗能量”的本质提供了新思路，还能让我们对黑洞以及它们在宇宙中所扮演的角色进行反思。
参考 Observational Evidence for Cosmological Coupling of Black Holes and its Implications for an Astrophysical Source of Dark Energy https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acb704
