暗能量解释超大质量黑洞可能并不是由奇点构成的

作者：地理人来源：未知时间：2023-05-06 阅读：次字体：大中小在线投稿

在爱因斯坦的广义相对论中，我们得出黑洞的核心是一个奇点这样的结论，这个所谓的奇点拥有无限小的空间和无限大的密度。但是这样的黑洞模型对于数学家来说却是一个困难的话题，无限也意味着无法计算，意味着理论的不完整或不准确。

在最近科学家尝试将暗能量和超大质量黑洞联系起来进行研究，有了一些比较重要的发现。

暗能量是推动宇宙加速膨胀的神秘力量，约占宇宙总能量和物质含量的70%。然而，物理学家、天文学家和宇宙学家几乎不知道暗能量究竟是什么——或者它从何而来。

一种说法是，暗能量是一种“真空能量”——空间本身的一种特性，它正在以越来越快的速度驱使宇宙结构分裂，这是由宇宙学常数给出的，在方程式中用希腊字母lambda表示。

暗能量的问题在于，粒子物理学对这种真空能量的计算与使用后退超新星对宇宙膨胀率的测量结果大相径庭，给出的lambda值比天文学家测量的值大得多。

超大质量黑洞是居住在大多数星系中心的宇宙怪兽，其质量可能超过是太阳的数百万甚至数十亿倍。

大多数理论认为，这些宇宙庞然大物的核心是奇点——无限的质量被压缩到无限小的空间中。在这些点上，阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论的方程式，我们所拥有的对引力的最好描述，给出了无穷大的值，物理定律本身就被打破了。

在最新的研究中，科学家发现暗能量和超大质量黑洞之间的联系，某种“宇宙学耦合”，表明超大质量黑洞的中心并不是奇点，而是我们所知的暗能量真空能量。

科学家通过观测发现，与宿主星系的恒星质量相比，局部宇宙中的星系中心超大质量黑洞比宇宙早期阶段的同类星系质量更大，这暗示的黑洞增长速度与“宇宙耦合”黑洞的预测相符，黑洞的质量随着宇宙的膨胀而增长。

这种理论与黑洞模型一致，黑洞模型用真空能量取代了它们中心的奇点，这可以解释宇宙的暗能量含量。

暗能量和超大质量黑洞之间联系的理由来自两条不同的推理线。首先是超大质量黑洞的质量增加如此之快，以至于无法用吞噬气体等物质或较小黑洞之间的合并来轻易解释。这意味着典型的黑洞质量的增长方式不适用于类似于宇宙年龄的时间尺度。

科学家通过观察宇宙早期形成的安静椭圆星系来确定这一点，这些星系现在几乎没有变化。如果质量吸积和合并是唯一的增长途径，那么这些星系应该有超大质量黑洞，这些黑洞在同一时期几乎没有增长。他们推断，如果这些中央超大质量黑洞的质量增加了，这可能表明它们与宇宙的膨胀有关。

研究人员观察的时间越远，黑洞的质量相对于今天的质量就越小，而今天的黑洞比90亿年前大7到20倍。这使他们相信宇宙耦合是这种增长的关键。

然后，该团队着手发现是否仅这种宇宙学耦合就可以对他们观察到的黑洞增长负责。为此，他们在三个独立的椭圆星系中检查了五个不同的黑洞种群，所有这些黑洞的历史都可以追溯到宇宙年龄约为当前年龄的三分之一时。

研究人员认为，这些黑洞的质量增加与它们与宇宙膨胀的耦合强度有关，因此黑洞在过去应该变小，其数量与宇宙膨胀有关.

他们发现这种耦合强度与2019年预测的包含真空能量的黑洞的值相同。研究作者之前的研究表明，这种特定的耦合强度表明宇宙中的所有黑洞共同贡献了几乎恒定的暗能量密度。暗能量的测量表明存在这样的暗能量密度。

这是第二条论据，并为暗能量提供了第一个被提议的天体物理学来源。但是，这个连接还没有确定。

这种利用暗能量来解释超大质量黑洞的新的黑洞理论模型的一大优点是，不需要像宇宙模型中添加任何额外的元素，通过现有的理论就能够解释。