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暗能量起源于黑洞的首个观测证据

2024-10-20科学

宇宙的历史啊,就像是一个不断吹大的气球的历史。大概在138亿年之前呢,「砰」的一声大爆炸之后,这宇宙就撒了欢儿似的开始不停地膨胀,一个劲儿地变大。

20世纪末的时候啊,天文学家瞅着Ia型超新星观测了一番,嘿,发现了个事儿。这宇宙膨胀的速度啊,本来大家寻思着在引力捣鼓下会慢慢慢下来呢,结果呢?压根不是那么回事儿,它呀,反倒跑得更快了,就好像啥东西都急着离对方远远的,而且速度是越来越快喽。得嘞,这就成了宇宙学里一个老大难的谜团喽。

科学家为了解释这个现象啊,就弄出来个「暗能量」这么个概念。按计算的结果呢,暗能量在宇宙总质量 - 能量里占了68%呢。这暗能量可不得了,比引力还厉害,就它负责让宇宙加速膨胀,把啥啥都一个劲儿地往开拉。

可实际上呢,「暗能量」就是个模模糊糊的名儿,谁也讲不明白它到底是个啥玩意儿。暗能量打哪儿来的,这事儿都把宇宙学家和理论物理学家给迷糊了20多年了。

嘿,最近有个对星系中心超大质量黑洞的观测呢,这观测可不得了,一下子就指向了暗能量可能从哪儿来的。就说对那些老早就休眠了的星系的观测吧,结果发现啊,那儿的黑洞长得比原来预想的快多了,这情况和爱因斯坦引力理论预测的一个现象还挺吻合。这么个结果呢,可能就表明啊,咱们要解释暗能量,这宇宙的模样里不需要再加点儿啥新玩意儿了:黑洞跟爱因斯坦的引力凑一块儿,这就是事儿的根儿啦。

有个国际团队得出了这项结论,这团队啊,是由来自9个国家的17名研究人员凑一块儿组成的。他们的研究结果呢,已经发在【天体物理学杂志】和【天体物理学杂志通讯】上头了,还是两篇论文呢。

【引力与暗能量】这引力啊,就像个霸道的家伙,到处施展它的威力。不管是大物件还是小玩意儿,都得乖乖听它的话,被它拉扯着。再说说暗能量,这玩意儿可神秘啦。就像是躲在暗处的魔法师,谁也不太清楚它到底在捣鼓啥。它和引力啊,有点像对手,一个想把东西拉到一块儿,一个好像在背后悄悄搞小动作,让东西散开去。反正啊,这引力和暗能量之间的事儿,就像一场特别奇妙又神秘的大戏,咱们这些看客,到现在还没完全搞明白呢。

宇宙学家对暗能量的本质那是全然摸不着头脑,不过好多人都有自己的主意。就说吧,有人觉得它是那种随环境变来变去的变色龙粒子呢,甚至还有人压根儿就不承认暗能量存在。

但有个特靠谱的解释是,暗能量这玩意儿啊,搞不好就是从宇宙学常数那儿来的。1917年的时候呢,爱因斯坦想让宇宙老老实实待着别乱动,就把这个常数给弄进方程里去了。

换个说法,它的主要成分是从真空的固有能来的,这真空能嘛。按量子物理学的说法,真空可不是空的,满满当当都是量子涨落呢。在真空里,虚粒子老是冒出来,就闪现那么一小下,立马又没影了。

真空能这玩意儿能把宇宙给推开,让宇宙加速膨胀呢。可这黑洞啊,它带来个麻烦事儿。黑洞那引力强得不得了,根本没法对抗,特别是在黑洞中心,好像啥东西都会在一种叫「奇点」的现象里坍缩喽。

嘿,新结果出来喽。您猜怎么着?黑洞增加质量那法子啊,跟它包含真空能的法子是一样一样的呢。这黑洞啊,就这么成了暗能量的来源。还有啊,这么一来,在中心形成奇点这事儿啊,就没必要喽。

【黑洞成长的那些「疼」事儿】

这结论啊,是研究了90亿年的黑洞演化过程才得出来的呢。以前的观测结果显示,差不多每个星系的中心,都有一个超大个儿的黑洞。这些黑洞待在相对小的地儿,质量能有太阳质量的几百万倍到几十亿倍那么多,引力强得不得了。

黑洞呢,能靠吸积物质让自个儿体积变大,就像把那些靠得太近的恒星给吞喽,再不然就跟别的黑洞合并在一块儿。为了瞧瞧这些个效应能不能单独把超大质量黑洞咋增长的给解释清楚,团队可是研究了涉及90亿年的数据呢。

研究人员瞅见了一种特立独行的星系,就是巨椭圆星系。这星系在宇宙早期就完成了自己的演化大业,然后就开始「睡大觉」了。休眠的星系啊,它内部恒星形成这事儿已经搞定了,只剩下丁点儿物质能让中心的黑洞「吃」了。这就意味着,黑洞要是再想长大点儿,那些寻常的天体物理过程可就解释不了喽。

他们瞅了瞅远处年轻的星系,又瞧了瞧离咱较近的暮年且已经「挂掉」的椭圆星系,把这俩星系中心的黑洞比了比。这一比可不得了,发现现在的黑洞啊,跟90亿年前比起来,那可是大了7到20倍呢。这增长幅度比之前预测的大多了,就靠吸积或者并合这种办法,根本解释不通。

在宇宙演化的各个阶段里呢,再对那些星系群进一步测量测量,就发现宇宙的大小和黑洞的质量啊,那是相当一致,明显得很呢。这就意味着啊,宇宙里测到的暗能量有多少,拿黑洞真空能就能解释个八九不离十啦。

嘿,有这么个事儿啊。这可是头一回有观测的证据呢,这证据就说明啊,黑洞里那是真有真空能啊。而且呢,黑洞和宇宙的膨胀就像有啥特殊关系似的,叫「耦合」。这黑洞啊,随着宇宙一膨胀,自个儿的质量就跟着增加。这种情况呢,就给取了个名儿,叫「宇宙学耦合」。

「宇宙学耦合」,就这么个词儿,听着是不是特别高大上?感觉像是宇宙专门搞出来跟啥东西凑一块儿的神秘玩意儿。反正这词儿就这么摆在那儿,就像一个特别高深莫测的小怪兽,你乍一看,满脑子都是问号。这到底是啥呀?咋就跟宇宙学挂上钩了呢?难道是宇宙的什么特殊连接,就像那种超级神秘的宇宙拉链一样?哎呀,反正这词儿就是这么个神神秘秘的存在。

要是这种理论再被进一步给证实了呢,那宇宙学耦合可就要重新塑造咱们对黑洞的看法喽,整个宇宙学也得被彻彻底底地来个大改变。为啥呢?因为这就意味着啊,科学家可算是找着解决暗能量起源的法子了。

研究人员讲啊,这种解释呢,能靠着多观测些星系来加强,或者去观测宇宙微波背景(CMB)里的特征来强化。要是他们的发现没毛病,黑洞就会用一种特别的法子影响宇宙膨胀还有CMB,而且这个影响应该能被探测出来呢。

新结果一出来,研究人员那叫一个惊喜啊。为啥呢?这可是头一份观测研究提出爱因斯坦引力理论里的黑洞就是暗能量啊。说不定以后啊,研究研究黑洞咋随着时间长大的,科学家就能给宇宙学里最大的谜团之一找到更多线索喽。

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封面图还有首图呢,是ESA, Hubble。