黑洞中隐藏着推动宇宙扩张的纯暗能量核心

马宝清马宝清

宇宙学家重新搬出了一个有50年历史的假说——预言了一种被称为一般暗能量体的对象(GEODEs)——用来修正刻画宇宙膨胀方式的方程。

如果新版宇宙模型是正确的，那么存在某些黑洞，隐藏着纯暗能量核心，正是它们推动宇宙的各个部分远离彼此。

夏威夷大学的天体物理学家Kevin Croker和数学家Joel Weiner联手挑战早已被广泛接受的观念，即当涉及宇宙的膨胀时，物质本身在很大程度上是无关紧要的。

Croker说：“80年来，我们习惯假设宇宙的整体动态不受任何局部的特殊细节的影响。但现在很清楚，广义相对论可以将坍塌恒星——缩至檀香山大小——与宇宙的宏观行为联系起来，影响力弥盖范围超越其规模千亿亿倍。”

这种替代理论不仅会改变我们对宇宙膨胀的理解，而且还迫使我们去反向思考，宇宙的扩张又将如何影响那些高密度天体，如坍缩恒星的核心。

在过去的138亿年里，空间一直在稳步扩张，这一事实现已被看做是宇宙的基本特征。

我们用来描述空间扩张的方程组最早出现在一个世纪前，由俄罗斯物理学家亚历山大·弗里德曼提出。它们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。

尽管像弗里德曼方程非常有用，但它们基于这样的假设，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，导致它们失去能量或获得能量。

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

1966年，名叫Erast Gliner的俄罗斯物理学家发现，大爆炸附近的一些空间密度看起来——就相对性而言——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的工作，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。

“我们已经证明，如果GEODE确实存在，那么它们很容易就能为目前缺乏令人信服解释的现象给出解释。我们预计GEODE模型将能够引出可被观测的预言结果，借此进一步来验证理论的正误。”

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

该研究发表在《天体物理学杂志》上。

原文地址：今日头条