黑洞是暗能量的来源

物理学定律表明，引力会导致宇宙收缩，但科学家发现宇宙正在加速膨胀，他们将导致宇宙膨胀的神秘力量称为“暗能量”。宇宙中近70%的能量是促使宇宙膨胀的暗能量，但科学家一直不清楚暗能量究竟是“何方神圣”。一个国际科研团队在《天体物理学杂志》和《天体物理学杂志快报》上刊发两篇论文指出，他们对星系中央黑洞开展的观测结果表明，黑洞可能是暗能量的来源，这与爱因斯坦理论中预测的结果一致。如果最新研究获证实，困扰科学家20多年的暗能量起源之谜或得到解决，这将彻底改变宇宙学面貌。

由美国夏威夷大学马诺阿分校的专家领导的一组研究人员发现了“宇宙学耦合”的第一个证据，只有当黑洞位于不断演化的宇宙中时才可行。这些发现提供了对黑洞内部可能存在的东西的洞察力。物理学和天文学教授凯文克罗克指出，当激光干涉仪引力波天文台（LIGO）在2015年底听到第一对黑洞合并时，一切都改变了。该信号与预测非常吻合，但将这些预测扩展到数百万年或数十亿年？将黑洞模型与我们不断膨胀的宇宙相匹配？完全不清楚如何做到这一点。在第一项研究中，该团队确定了如何使用现有的黑洞测量来寻找宇宙学耦合。

科学家们知道星系是关键，因为它们可以拥有数十亿年的寿命，而且大多数星系都包含一个超大质量黑洞。但是选择合适的星系种类至关重要。该研究的合著者、西北研究协会的星系专家萨拉佩蒂表示，我们决定通过只关注被动演化的椭圆星系中的黑洞，可以帮助解决这个问题。科学家们声称，通过仅关注近期没有活动的椭圆星系，其他已知过程无法轻易地改变星系的黑洞质量。然后科学家们使用这些种群来观察其中心黑洞的质量在过去90亿年中是如何变化的。科学家们发现他们观察的时间越早，黑洞的质量相对于它们当前的质量就越小。

黑洞比90亿年前大了7倍和20倍，这非常重要，以至于科学家们认为宇宙耦合可能太过负责任。换句话说，该研究发现这些黑洞在数十亿年的时间里以一种难以用标准星系和黑洞过程（例如合并或气体吸积）来解释的方式积累了质量。在第二项研究中，该团队研究了宇宙耦合可能解释第一项研究中观察到的黑洞增长的可能性。克罗克认为，你可以把耦合的黑洞想象成橡皮筋，随着宇宙的膨胀而拉伸。随着它的伸展，它的能量会增加。爱因斯坦的E=mc2告诉质量和能量成正比，所以黑洞质量也会增加。

“质量增加多少取决于耦合强度，一个称为k的变量。”由于宇宙学耦合导致的黑洞质量增长取决于宇宙的大小，而宇宙在过去较小，因此第一项研究中的黑洞质量必须减少正确数量才能使宇宙学耦合解释起作用。结果表明这些黑洞的质量膨胀与黑洞的预测一致，黑洞不仅在宇宙学上耦合，而且还包含真空能量，真空能量是在不违反爱因斯坦方程和防止奇点的情况下通过尽可能多地压缩物质产生的。研究人员研究了三组椭圆星系，每组代表五个不同黑洞种群的集合，来自宇宙大约是现在大小的二分之一和三分之一的时期。他们发现在每次比较中k大致为正3。

2019年数学教授乔尔韦纳预测了具有真空能量而不是奇点的黑洞的这个值。克罗克和韦纳已经证明如果k为3，那么所有已知黑洞对宇宙暗能量密度的总贡献几乎是恒定的，正如暗能量测量所表明的那样。该团队使用了詹姆斯韦伯太空望远镜提供的最早恒星形成率的最新测量结果，发现这些数字是一致的。然后表明，我们宇宙中测得的暗能量与奇点不存在时，宇宙第一批恒星死亡时形成的黑洞的真空能量相吻合。天体物理学家邓肯·法拉表示，典型的黑洞解决方案在很长的时间尺度不起作用，我们现在有了第一个提议的暗能量的来源。

虽然并不是说其他人没有提出暗能量的来源，但这是第一篇没有向宇宙添加任何新事物作为暗能量来源的观察论文：爱因斯坦黑洞中的黑洞引力理论是暗能量。这些研究为物理学家和天文学家提供了一个进一步测试的框架，并为当前一代的暗能量实验，如暗能量光谱仪和暗能量调查提供了一个框架，以阐明这个想法。法拉认为，如果得到证实，这将是一个了不起的结果，为下一代黑洞解决方案指明了方向。这项测量解释了为何宇宙正在加速膨胀。

天体物理学家伊森·西格尔总结道：“非凡的主张需要非凡的证据。”反覆验证结果的能力，是证据被认为是可靠的最重要的限定条件之一。换句话说，结果必须一次又一次地证明，使用不同的方法。因此，论文作者也承认，并希望反覆的观察将证实他们这一非同寻常的观点。

责任编辑：李静柔