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暗能量起源於黑洞的第一個觀測證據

2024-10-20科學

宇宙的歷史啊,就像是一個不斷吹大的氣球的歷史。大概在138億年之前呢,「砰」的一聲大霹靂之後,這宇宙就撒了歡兒似的開始不停地膨脹,一個勁兒地變大。

20世紀末的時候啊,天文學家瞅著Ia型超新星觀測了一番,嘿,發現了個事兒。這宇宙膨脹的速度啊,本來大家尋思著在重力搗鼓下會慢慢慢下來呢,結果呢?壓根不是那麽回事兒,它呀,反倒跑得更快了,就好像啥東西都急著離對方遠遠的,而且速度是越來越快嘍。得嘞,這就成了宇宙學裏一個老大難的謎團嘍。

科學家為了解釋這個現象啊,就弄出來個「暗能量」這麽個概念。按計算的結果呢,暗能量在宇宙總品質 - 能量裏占了68%呢。這暗能量可不得了,比重力還厲害,就它負責讓宇宙加速膨脹,把啥啥都一個勁兒地往開拉。

可實際上呢,「暗能量」就是個模模糊糊的名兒,誰也講不明白它到底是個啥玩意兒。暗能量打哪兒來的,這事兒都把宇宙學家和理論物理學家給迷糊了20多年了。

嘿,最近有個對星系中心超大品質黑洞的觀測呢,這觀測可不得了,一下子就指向了暗能量可能從哪兒來的。就說對那些老早就休眠了的星系的觀測吧,結果發現啊,那兒的黑洞長得比原來預想的快多了,這情況和愛因史坦重力理論預測的一個現象還挺吻合。這麽個結果呢,可能就表明啊,咱們要解釋暗能量,這宇宙的模樣裏不需要再加點兒啥新玩意兒了:黑洞跟愛因史坦的重力湊一塊兒,這就是事兒的根兒啦。

有個國際團隊得出了這項結論,這團隊啊,是由來自9個國家的17名研究人員湊一塊兒組成的。他們的研究結果呢,已經發在【天體物理學雜誌】和【天體物理學雜誌通訊】上頭了,還是兩篇論文呢。

【重力與暗能量】這重力啊,就像個霸道的家夥,到處施展它的威力。不管是大物件還是小玩意兒,都得乖乖聽它的話,被它拉扯著。再說說暗能量,這玩意兒可神秘啦。就像是躲在暗處的魔法師,誰也不太清楚它到底在搗鼓啥。它和重力啊,有點像對手,一個想把東西拉到一塊兒,一個好像在背後悄悄搞小動作,讓東西散開去。反正啊,這重力和暗能量之間的事兒,就像一場特別奇妙又神秘的大戲,咱們這些看客,到現在還沒完全搞明白呢。

宇宙學家對暗能量的本質那是全然摸不著頭腦,不過好多人都有自己的主意。就說吧,有人覺得它是那種隨環境變來變去的變色龍粒子呢,甚至還有人壓根兒就不承認暗能量存在。

但有個特靠譜的解釋是,暗能量這玩意兒啊,搞不好就是從宇宙學常數那兒來的。1917年的時候呢,愛因史坦想讓宇宙老老實實待著別亂動,就把這個常數給弄進方程式裏去了。

換個說法,它的主要成分是從真空的固有能來的,這真空能嘛。按量子物理學的說法,真空可不是空的,滿滿當當都是量子漲落呢。在真空裏,虛粒子老是冒出來,就閃現那麽一小下,立馬又沒影了。

真空能這玩意兒能把宇宙給推開,讓宇宙加速膨脹呢。可這黑洞啊,它帶來個麻煩事兒。黑洞那重力強得不得了,根本沒法對抗,特別是在黑洞中心,好像啥東西都會在一種叫「奇異點」的現象裏塌縮嘍。

嘿,新結果出來嘍。您猜怎麽著?黑洞增加品質那法子啊,跟它包含真空能的法子是一樣一樣的呢。這黑洞啊,就這麽成了暗能量的來源。還有啊,這麽一來,在中心形成奇異點這事兒啊,就沒必要嘍。

【黑洞成長的那些「疼」事兒】

這結論啊,是研究了90億年的黑洞演化過程才得出來的呢。以前的觀測結果顯示,差不多每個星系的中心,都有一個超大個兒的黑洞。這些黑洞待在相對小的地兒,品質能有太陽品質的幾百萬倍到幾十億倍那麽多,重力強得不得了。

黑洞呢,能靠吸積物質讓自個兒體積變大,就像把那些靠得太近的恒星給吞嘍,再不然就跟別的黑洞合並在一塊兒。為了瞧瞧這些個效應能不能單獨把超大品質黑洞咋增長的給解釋清楚,團隊可是研究了涉及90億年的數據呢。

研究人員瞅見了一種特立獨行的星系,就是巨橢圓星系。這星系在宇宙早期就完成了自己的演化大業,然後就開始「睡大覺」了。休眠的星系啊,它內部恒星形成這事兒已經搞定了,只剩下丁點兒物質能讓中心的黑洞「吃」了。這就意味著,黑洞要是再想長大點兒,那些尋常的天體物理過程可就解釋不了嘍。

他們瞅了瞅遠處年輕的星系,又瞧了瞧離咱較近的暮年且已經「掛掉」的橢圓星系,把這倆星系中心的黑洞比了比。這一比可不得了,發現現在的黑洞啊,跟90億年前比起來,那可是大了7到20倍呢。這增長振幅比之前預測的大多了,就靠吸積或者並合這種辦法,根本解釋不通。

在宇宙演化的各個階段裏呢,再對那些星系群進一步測量測量,就發現宇宙的大小和黑洞的品質啊,那是相當一致,明顯得很呢。這就意味著啊,宇宙裏測到的暗能量有多少,拿黑洞真空能就能解釋個八九不離十啦。

嘿,有這麽個事兒啊。這可是頭一回有觀測的證據呢,這證據就說明啊,黑洞裏那是真有真空能啊。而且呢,黑洞和宇宙的膨脹就像有啥特殊關系似的,叫「耦合」。這黑洞啊,隨著宇宙一膨脹,自個兒的品質就跟著增加。這種情況呢,就給取了個名兒,叫「宇宙學耦合」。

「宇宙學耦合」,就這麽個詞兒,聽著是不是特別高大上?感覺像是宇宙專門搞出來跟啥東西湊一塊兒的神秘玩意兒。反正這詞兒就這麽擺在那兒,就像一個特別高深莫測的小怪獸,你乍一看,滿腦子都是問號。這到底是啥呀?咋就跟宇宙學掛上鉤了呢?難道是宇宙的什麽特殊連線,就像那種超級神秘的宇宙拉鏈一樣?哎呀,反正這詞兒就是這麽個神神秘秘的存在。

要是這種理論再被進一步給證實了呢,那宇宙學耦合可就要重新塑造咱們對黑洞的看法嘍,整個宇宙學也得被徹徹底底地來個大改變。為啥呢?因為這就意味著啊,科學家可算是找著解決暗能量起源的法子了。

研究人員講啊,這種解釋呢,能靠著多觀測些星系來加強,或者去觀測宇宙微波背景(CMB)裏的特征來強化。要是他們的發現沒毛病,黑洞就會用一種特別的法子影響宇宙膨脹還有CMB,而且這個影響應該能被探測出來呢。

新結果一出來,研究人員那叫一個驚喜啊。為啥呢?這可是頭一份觀測研究提出愛因史坦重力理論裏的黑洞就是暗能量啊。說不定以後啊,研究研究黑洞咋隨著時間長大的,科學家就能給宇宙學裏最大的謎團之一找到更多線索嘍。

你只給了「參考來源:」這四個字,這並不是完整的原文內容呀,請提供一下完整的原文內容,這樣我才能進行覆寫。

封面圖還有首圖呢,是ESA, Hubble。