科学家：超大质量黑洞将能解释暗能量来源

发布时间：2023-03-07 14:19:09 所属栏目：外闻来源：

导读：目前新发表的研究文章显示，巨大质量的黑洞可能为超高温的暗能量及宇宙加速膨胀的起因，不过仍需进一步研究验证。

暗能量是驱动着宇宙加速膨胀的一种神秘力量，约占宇宙总能量和物质的70%。然而无论物理学家、天文

目前新发表的研究文章显示，巨大质量的黑洞可能为超高温的暗能量及宇宙加速膨胀的起因，不过仍需进一步研究验证。

暗能量是驱动着宇宙加速膨胀的一种神秘力量，约占宇宙总能量和物质的70%。然而无论物理学家、天文学家或是宇宙学家，几乎没有人知道暗能量究竟是什么，以及它的来源。

有一种看法认为暗能量是“真空能量”，即存在于宇宙空间本身的能量，会使宇宙结构不断加速分离。此速度由宇宙学常数提供，并且在爱因斯坦方程式中以希腊字母λ来表示。

暗能量的问题是，以粒子物理学为基础而计算初的真空能量，会与利用超新星观测得到的宇宙膨胀速度的结果严重不符，λ的数值比天文学家测量的要大得多。

大部分学说指出，这些超大质量黑洞的中心是一个奇点，也就是极大的质量被压缩进极小的空间中。在这些奇点上，爱因斯坦广义相对论方程式（目前为止我们对引力的最佳论述）会给出无限的数值，而物理学的基本定律将崩溃。

然而，可称作是“宇宙学耦合”的暗能量与超大质量黑洞之间的连结则显示，在超大质量黑洞中心的不是奇点，而是我们所知为暗能量的真空能量。

“我们观察发现到，近期本宇宙中星系中心的超大质量黑洞，与寄主星系的恒星质量相比，比六十至九十亿年前早期宇宙类似的星系还要更重。”论文的共同作者，来自伦敦帝国学院的物理学家大卫．L．克莱门斯告诉《大众机械》杂志。“其所隐含的黑洞增长速率恰好与‘宇宙学耦合’黑洞的预测相符，黑洞质量会随着宇宙膨胀而增加。”

克莱门斯补充，这个想法与黑洞模型一致。该模型将黑洞中心以真空能量来取代奇点，这将解释宇宙中的暗能量成分。

“与暗能量的连结来自这样一种想法，即以真空能量充实它们，则可避开奇点这种体积无限小和密度无限大的数学难题。”克莱门斯表示。“这种没有奇点的模型大约自1960年代就出现了，不过至今为止仍没有证据支持它们。”

把暗能量与超大质量黑洞连结的理由，来自两条不同脉络的推论。克莱门斯表示，首先，超大质量黑洞如此迅速的增加质量，无法轻易地解释成黑洞吞噬气体等物质，或是两个小黑洞的合并。这就说明,当时间尺度与整个宇宙的年龄相当的时候,通常发生的黑洞生长原因,并不适用于此类例子。

研究团队藉由观测宇宙早期所形成的安静椭圆星系来确定这一结论，这些星系从以前到现在只有极少的变化。如果质量吸积与合并是黑洞增长唯一的途径，那么在相同时间范围内，这些星系的超大质量黑洞应该也只有极小幅度的成长。他们推断，假如星系中央的超大质量黑洞有质量的增加，那么这可能暗示着黑洞与宇宙膨胀是有联结的。

研究人员往更早期追溯，发现与90亿年前相比，今日的黑洞质量增长了7至20倍。这使他们相信，宇宙耦合即是这些黑洞成长的关键所在。

团队开始对此进行研究，假设他们所观察到的黑洞成长起因单纯是宇宙耦合。为了这个目标，他们分别检测了三个椭圆星系中五个不同的黑洞群，将它们回推至宇宙目前年龄的三分之一。

由克莱门斯及其伙伴所提出的宇宙学联结假设，其中之一的优点是：不必在宇宙中添加额外的元素。解释暗能量和宇宙加速膨胀所需的元素，都已以黑洞形式包含在我们已知的宇宙理论当中。

这与其它的一些暗能量理论不同，因那些理论需要假设存在尚未被发现的物理学定律或宇宙特性。

“在宇宙学耦合的超大质量黑洞含有真空能量的假设下，黑洞的增长速率完美符合了我们在宇宙中看到产生λ项所需的速率。”克莱门斯表示。“然而真空能量的假设是关键。它是我们认识黑洞的其中一个方式，但也不是唯一的方式。”

“我们的发现或许提出了一项解决方案，不过还需完成更多的研究工作来确认我们的观察，并且对观察结果进行更多检测，”他说。“我们的论文中还有一系列需要进一步检测的部分，包含查看所使用的遥远类星体样本、高红移类星体的质量分布，以及测量黑洞合并率等等许多工作。”

其他物理学家则更为保守谨慎。来自哥伦比亚波哥大ECCI大学的宇宙学博士后研究员卢斯．安吉拉．加西亚，在其研究生涯中一直在深入探究暗能量及早期宇宙。她向《大众机械》杂志表示，由于黑洞的形成来自在生命尽头的恒星坍陷，而将暗能量与恒星的生命周期联结起来是“有风险的”。

还提到，黑洞的活跃高峰期约莫在100亿年前，在那之后黑洞的活跃程度急速下降。不过暗能量却被认为在大约80亿年前才开始加速宇宙膨胀。这表示将超大质量黑洞与暗能量联结的理论，必须解释为何黑洞的真空能量花了20亿年来控制宇宙中的物质和能量。

（编辑：汽车网）

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