研究将黑洞与暗能量联系起来 _黑洞

超大质量黑洞的画家印象图。宇宙耦合允许黑洞在不消耗气体或恒星的情况下增加质量。图片来源：UH Manoa
据密歇根大学：根据流行的暴胀宇宙理论，大约140亿年前，在大爆炸的开始，一种神秘的能量推动了婴儿宇宙的指数膨胀，并产生了所有已知的物质。
这种古老的能量与当前宇宙的暗能量有着共同的关键特征，至少从一个客观标准来看，暗能量是我们这个时代最大的谜团：它占宇宙的大部分——大约70%，但科学家们并不确切知道它是什么。
密歇根大学物理学教授、该研究的合著者Gregory Tarlé说：“如果你问自己一个问题，‘在后来的宇宙中，我们在哪里看到引力和宇宙开始时一样强？’答案就在黑洞的中心。” 。
“在膨胀过程中发生的事情可能是相反的，一颗大质量恒星的物质在引力坍缩过程中再次变成暗能量——就像一场反向的大爆炸。”
在《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上发表的一项新研究中，Tarlé和来自五个机构的同事们正在用暗能量光谱仪的最新数据来加强这种情况。DESI由安装在Tohono O'odham国家土地上Kitt Peak国家天文台Mayall望远镜上的5000个机器人眼睛组成。
该团队新研究的主要作者、亚利桑那州立大学的助理研究科学家凯文·克罗克说：“如果黑洞含有暗能量，它们可以与膨胀的宇宙结合并随着宇宙的膨胀而增长，从而加速其增长。” 。“我们无法了解这是如何发生的，但我们可以看到它正在发生的证据。”
DESI计划的五年调查的第一年的数据显示，暗能量的密度随着时间的推移而增加。研究人员说，这提供了一个令人信服的线索来支持暗能量是什么的这一观点，因为时间的增加与黑洞的数量和质量随时间的增加是一致的。
“当我第一次参与这个项目时，我非常怀疑，”合著者、波士顿大学物理学荣誉退休教授Steve Ahlen说。“但我在整个过程中保持了开放的心态，当我们开始进行宇宙学计算时，我说，‘好吧，这是一种制造暗能量的非常好的机制。’”
DESI带来的不同
为了寻找黑洞暗能量的证据，该团队使用了DESI测量的数千万个遥远星系。该仪器将时间追溯到数十亿年前，并收集数据，这些数据可用于以极高的精度确定宇宙膨胀的速度。反过来，这些数据可以用来推断暗能量的量是如何随时间变化的。
该团队将这些数据与宇宙历史上大恒星死亡时产生的黑洞数量进行了比较。
夏威夷大学物理学副教授、该研究的合著者邓肯·法拉说：“这两种现象是相互一致的——随着大质量恒星死亡产生新的黑洞，宇宙中的暗能量以正确的方式增加。” 。“这使得黑洞是暗能量的来源变得更加合理。”
这项研究补充了越来越多的研究黑洞中宇宙耦合可能性的文献。2023年的一项研究，涉及本文的许多作者，报告了银河系中心超大质量黑洞中的宇宙学耦合。2023年的报告鼓励其他团队在宇宙中所有不同的地方寻找黑洞的影响。
天体物理学家、合著者、美国证券交易委员会前总法律顾问布莱恩·卡特赖特说：“这些论文通过黑洞的生长速度研究了暗能量与黑洞之间的联系。我们的新论文通过黑洞出生的时间将黑洞与暗能量联系起来。” 。
这篇新论文的一个关键区别是，大多数相关黑洞比之前研究的黑洞更年轻。这些黑洞诞生于一个恒星形成的时代，恒星形成追踪黑洞的形成，而不是刚刚开始。
“这在宇宙中发生的时间要晚得多，最近用哈勃和韦伯太空望远镜观测到的黑洞产生和生长的测量结果为其提供了信息，”合著者Rogier Windhorst说，他是JWST的跨学科科学家，也是亚利桑那州立大学地球和太空探索教授。
克罗克说：“下一个问题是这些黑洞在哪里，以及它们在过去80亿年里是如何运动的。科学家们现在正在努力限制这一点。” 。
科学需要更多的探究和观察途径，现在DESI已经上线，对暗能量的探索才刚刚开始。
Ahlen说：“这只会让我们对暗能量的理解更加深入和清晰，无论这是否继续支持黑洞假说。” 。“我认为，作为一项实验性的努力，这很棒。你可能有先入为主的观念，也可能没有，但我们是由数据和观察驱动的。”
该团队表示，无论这些未来的观测结果如何，现在正在进行的工作都代表着暗能量研究的巨大变化。
塔雷说：“从根本上说，黑洞是否是暗能量，与它们所居住的宇宙相结合，已经不再只是一个理论问题。” 。“现在这是一个实验性问题。”