暗能量只是黑洞产生的假象?天文学家怎么又搞出来这么离谱的理论
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撰文 | 王昱
自从观测到宇宙加速膨胀以来,宇宙学家就不得不向宇宙学方程中加入一个修正项来解释这种现象。没人知道这个修正项是什么,也没人知道它从何起源,便将它称为暗能量。今天的观测表明,宇宙是由4.9%的物质,26.8%的暗物质和68.3%的暗能量组成。对于暗物质,我们就算不知道它究竟是什么,却至少能通过间接手段观测到它的分布;但对于暗能量,大多天文学家仍是一头雾水。
美国夏威夷大学领导的国际研究团队观测了宇宙早期的黑洞,并和今天的黑洞进行对比。他们发现,黑洞质量增长的速度比理论预言快很多。而他们认为,可能就是这种异常导致了宇宙的加速膨胀——如果现实真的是这样,那么完全没有必要在当前的宇宙模型中引入暗能量,或者可以换一种说法:所谓的暗能量源于超大质量黑洞。
研究团队成员,英国卢瑟福-阿尔普顿国家实验室(RAL Space)的克里斯·皮尔逊(Chris Pearson)表示:“如果该理论成立,那么将彻底改变整个宇宙学。因为我们终于找到了暗能量起源的解释,这是个困扰了宇宙学家和理论物理学家20多年的问题。”
该研究团队从数据库中挑选了一类特殊的星系:巨型椭圆星系。他们对比了90亿年前的巨型椭圆星系和今天的巨型椭圆星系,发现星系中超大质量黑洞的质量在90亿年间增大了7~20倍。巨型椭圆星系在宇宙早期就已经度过了活跃期,进入休眠状态,只留下很少的物质供黑洞吸积。从理论上来说,超大质量黑洞根本不可能通过正常的吸积过程增长这么多倍。
在排除了吞并矮星系,黑洞合并的可能性后,研究团队发现,宇宙的大小和黑洞的质量变化竟然存在非常强的耦合性。虽然细节仍不清楚,但研究人员猜想,这或许能用黑洞中包含的广义相对论真空能来解释。如果真的是这样,就能同时解释黑洞的质量异常增长和暗能量的起源,还不需要引入额外的假设。
因为该理论过于新颖,并且只是根据相关性提出的初步猜想,研究团队将整个研究成果拆成了两篇论文,偏观测的那一篇发表在《天体物理学报》(The Astrophysical Journal)上,而理论部分则发表在《天体物理学报通信》(The Astrophysical Journal Letters)上。
国家天文台研究员高长军(并未参与此项研究)长期研究宇宙学、广义相对论和黑洞物理,他表示:“该研究表明,黑洞的质量增长,除了需要捕获普通物质之外,还需要依靠捕获暗能量。我们曾经做过一些计算,发现黑洞捕获暗能量,其质量确实是增加的。这样,在导致宇宙加速膨胀的暗能量密度中,黑洞理所当然会贡献一部分。”
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