黑洞中可能隐藏着推动宇宙扩张的暗能量核心

50年前,科学家提出一则假说,预言了一种被称为一般暗能量体的对象(GEODEs),用来修正宇宙膨胀方程。

如果这个宇宙模型是正确的,那么就存在一些黑洞,隐藏着暗能量核心,正是它们推动宇宙的膨胀。

夏威夷大学物理学家Kevin Croker和数学家Joel Weiner一同挑战了一个早已被广泛接受的观念,即当涉及宇宙膨胀时,物质本身是无关紧要的。

在过去的138亿年中,宇宙空间一直稳步扩张,这一事实早已被认定为宇宙的基本特征。

我们用来描述空间扩张的方程早在一个世纪前就已经出现了,它是由俄罗斯物理学家亚历山大·弗里德曼提出的。它为爱因斯坦的广义相对论提供了一个可能解,现在是支撑着我们宇宙学宏观图景的地基。

尽管弗里德曼方程非常有用,但它基于这样的一个假设,即在这个膨胀空间内漂浮的任何物质或多或少地由相同类型的物质构成,且分布相当地均匀。这意味着我们倾向于忽略恒星和星系,就像我们不会在分析湖泊的流体动力学属性时,考虑湖面的鸭子一样。

但是Croker和Weiner想知道,如果我们对方程做出合理改动,那么空间及其包含的对象会发生什么。

后果并非微不足道。

根据调整后的模型,鸭子的平均贡献可能会影响到湖水。更重要的是,湖泊的扩张也会影响鸭子的游泳方式,导致它们失去或获取能量。

理论上讲,新模型意味着我们需要在描述某些现象,如恒星的死亡时考虑到宇宙扩张的因素。

1966年,俄罗斯物理学家Erast Gliner发现,大爆炸附近的一些空间密度就相对性而言,看起来可能像足以抵消引力影响的真空。

为了避免出现此类真空,在Gliner的模型里,有一种类黑洞天体将真空包裹起来,天体核心处却是冲击周围宇宙空间的能量泡。

半个世纪之后,天体物理学家开始寻找这样一种推动力,因为它可能是导致宇宙加速膨胀的原因。

今天我们称这种未知力量为暗能量,但Gliner的相对论虚无口袋是否真的装有宇宙加速膨胀的能量源?

根据Croker和Weiner的研究,如果只有少数古老恒星坍缩为GEODE而不是更典型的奇点褶皱空间,它们对空间扩张的平均效果看起来就等效于暗能量。

更进一步,他们打算将校正模型应用于LIGO测量到的黑洞碰撞引力波的数据。

为了数学上的一致性,我们假设恒星收缩成了一般形成于低金属度环境中、颇为罕见的合并黑洞。

从技术上讲,GEODE的能量应随着宇宙膨胀而增长,对空间产生的压力效果在宇宙学上等同于“蓝移”。

根据研究人员的说法,如果合并黑洞是GEODE,那么就没有必要假设黑洞诞生于空间中特殊的区域。

给出假说,然后去验证假说,是物理学研究的重要组成部分。人类还有很长的路要走,但GEODE或许真的是我们一直在寻找的宇宙的黑暗心脏。

参考文献:

https://www.sciencealert.com/physicists-connect-the-universe-s-growth-to-black-holes-made-of-dark-energy

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NASA

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