科學家首次發現黑洞是暗能量來源的證據

2025-12-10 07:17:42 分類：娛樂 閱讀(26286)

NGC524: NGC 524是雙魚座的一個透鏡狀星系。它距離地球大約9000萬光年。家首Credit: ESA/Hubble
（神秘的現黑地球uux.cn）據美國物理學家組織網（by RAL Space）：對星系中心超大質量黑洞的觀察指出了一個可能的暗能量來源——宇宙中“失蹤”的70%。
對古老和休眠星系的洞暗測量顯示，黑洞比預期增長得更快，證據這與愛因斯坦引力理論中預測的科學現象一致。這一結果可能意味著我們的家首宇宙圖景中不需要添加任何新的東西來解釋暗能量:黑洞和愛因斯坦引力是暗能量的來源。
這一結論是現黑由來自9個國家的17名研究人員組成的團隊得出的，該團隊由夏威夷大學領導，洞暗成員包括倫敦帝國理工學院和STFC·RAL空間物理學家。證據這項工作發表在《天體物理學雜志》和《天體物理學雜志快報》的科學兩篇論文中。
該研究的家首合著者，來自帝國理工大學物理系的現黑戴夫·克萊門茨博士說:“這真是一個令人驚訝的結果。我們開始研究黑洞如何隨時間增長，洞暗可能已經找到了宇宙學中最大問題之一的證據答案。”
來自STFC RAL空間的研究合著者克里斯·皮爾森博士說:“如果理論成立，那么這將徹底改變整個宇宙學，因為我們終于找到了困擾宇宙學家和理論物理學家20多年的暗能量起源的解決方案。”
重力對暗能量
在20世紀90年代，人們發現宇宙的膨脹正在加速——一切都在以越來越快的速度遠離其他一切。這很難解釋——宇宙中所有物體之間的引力應該會減緩膨脹。
為了解釋這一點，有人提出“暗能量”比重力更能推動物體分離。這與愛因斯坦提出但后來放棄的一個概念有關——一個“宇宙常數”,它對抗重力，使宇宙免于崩潰。
隨著宇宙加速膨脹的發現，這個概念又復活了，其主要成分是時空本身所包含的一種能量，稱為真空能。這種能量推動宇宙進一步分離，加速膨脹。
然而，黑洞提出了一個問題——它們極其強大的引力很難反對，特別是在它們的中心，在那里一切似乎都在一種被稱為“奇點”的現象中崩潰
新的結果表明，黑洞獲得質量的方式與它們包含真空能量的方式一致，提供了暗能量的來源，并消除了在其中心形成奇點的需要。
黑洞成長的煩惱
這個結論是通過研究90億年的黑洞演化得出的。黑洞是在大質量恒星走到生命盡頭時形成的。當在星系中心發現時，它們被稱為超大質量黑洞。它們在一個相對較小的空間內包含了數百萬到數十億倍于我們太陽質量的物質，產生了極強的引力。
黑洞可以通過吸積物質來增加大小，例如通過吞噬靠得太近的恒星，或者通過與其他黑洞合并。為了發現這些效應是否可以單獨解釋超大質量黑洞的增長，該團隊查看了跨越90億年的數據。

NGC 1316(也被稱為天爐座A)是一個透鏡星系，位于天爐座，距離我們大約6000萬光年。Credit: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
研究人員觀察了一種特殊類型的星系，稱為巨型橢圓星系，它在宇宙早期演化，然后進入休眠狀態。休眠星系已經完成了恒星的形成，為中心的黑洞吸積留下了很少的物質，這意味著任何進一步的增長都無法用這些正常的天體物理過程來解釋。
對遙遠星系(年輕時)和本地橢圓星系(年老和死亡)的觀察比較顯示，增長比吸積或合并預測的要大得多:今天的黑洞比90億年前大7-20倍。

通過比較古代橢圓星系的5個不同集合中的黑洞和今天橢圓星系中的黑洞來測量耦合強度k。測量值聚集在k = 3附近，這意味著黑洞包含真空能量，而不是奇點。Credit: Farrah, et al. 2023 [the ApJ Letter]
宇宙耦合
在宇宙演化的不同階段，對相關星系群體的進一步測量顯示，宇宙的大小和黑洞的質量之間有很好的一致性。這些表明宇宙中暗能量的測量值可以用黑洞真空能量來解釋。
這是第一個觀測證據，表明黑洞實際上包含真空能量，并且它們與宇宙的膨脹“耦合”，隨著宇宙的膨脹質量增加——這種現象被稱為“宇宙耦合”如果進一步的觀測證實了這一點，宇宙耦合將重新定義我們對黑洞的理解。
這項研究的第一作者、夏威夷大學天文學家、前帝國理工學院博士生鄧肯·法拉說:“我們實際上是在同時說兩件事:有證據表明，典型的黑洞解決方案在很長很長的時間尺度內對你不起作用，我們有了第一個提出的暗能量的天體物理來源。”
“然而，這意味著，其他人并沒有提出暗能量的來源，但這是第一篇我們沒有向宇宙添加任何新東西作為暗能量來源的觀察論文:愛因斯坦引力理論中的黑洞是暗能量。”