在“反向大爆炸回放”中形成的黑洞可以解释暗能量

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（Robert Lea）：科学家们加强了暗能量和黑洞之间的潜在联系。新的研究表明，随着更多的黑洞在146亿年前的宇宙中的“小大爆炸反向回放”中诞生，暗能量的强度逐渐占据主导地位，并一直持续到今天。

暗能量是对在当前时代推动宇宙加速膨胀的神秘力量的占位符名称。这令人不安，因为科学家们不知道暗能量是什么，但它主宰着我们的宇宙，约占宇宙物质/能量预算的70%。然而，情况并非总是如此。在暗能量主导的时代之前，物质和引力已经统治了宇宙，并成功地将其最初由大爆炸驱动的膨胀减缓到近乎停止。大约50亿年前，暗能量再次发动了宇宙政变，在宇宙膨胀中“击中了气体”。问题是，没有人知道它来自哪里，也没有人知道从物质到暗能量的转变是如何发生的。

为了解开这个谜团，一组科学家一直在问自己，在现代宇宙中，重力在哪里像宇宙起源时那样强大？答案只在黑洞的核心。因此，该团队确定黑洞可以“大规模耦合”到暗能量。

JWST拍摄的110亿年前恒星诞生原星团PHz G191.24+62.04的图像。该地区也在迅速诞生黑洞（图片来源：uux.cn美国国家航空航天局、欧洲航天局、加拿大航天局、玛丽亚·波莱塔（INAF）、埃尔韦·多尔（巴黎）、布伦达·弗莱（UofA）、约旦·C·J·德席尔瓦（UWA）、安东·M·科克莫尔（STScI）、杰克·萨默斯（ASU）、罗吉尔·温德霍斯特（ASU

密歇根大学物理学教授、团队成员Gregory Tarlé告诉Space.com：“根据宇宙学耦合假说，黑洞与膨胀的宇宙耦合，并充满了随着宇宙膨胀而增长的暗能量。这一新进展提供了确凿的证据，证明宇宙耦合的黑洞很可能是宇宙的暗能量”

Tarlé说，这可能是因为当一个黑洞在另一个黑洞的死亡和引力坍缩过程中形成时，它类似于反向运行的大爆炸。在这个过程中，产生黑洞的大质量恒星的物质在其完全引力坍缩过程中会变成暗能量。

如果黑洞含有暗能量，该团队推测它们可以与宇宙的结构结合，并驱动其加速膨胀。他们还不知道这是如何发生的，但他们有证据表明这确实正在发生。

塔雷说：“这一新进展提供了确凿的证据，证明宇宙耦合黑洞很可能是宇宙的暗能量。”。“这很可能会让我们更接近于发现暗能量的真实本质。也许这也会让我们对黑洞的真实本质有更深入的了解。”

这是该团队第二次发表专注于黑洞和暗能量之间宇宙学耦合的研究。

Tarlé说：“我们在2024年2月发表的第一项研究表明，宇宙膨胀对被动演化椭圆星系中超大质量黑洞生长的影响。”。“如果所有黑洞都以这种方式生长，它们可以共同解释当今宇宙中暗能量的密度。”

对于这项新的研究，他们转向了暗能量光谱仪（DESI）的数据。由安装在基特峰国家天文台Mayall望远镜上的5000个机器人眼睛组成。DESI调查了数千万个星系和类星体，以构建一张横跨110亿光年宇宙的3D地图。

DESI在其五年计划的第一年数据中掀起了波澜，表明宇宙中暗能量的密度正在发生变化。

塔雷说：“人们普遍认为，暗能量是空间的一种属性，因此，它的密度是均匀和恒定的。DESI刚刚提供了诱人的证据，表明暗能量密度不是恒定的，而是随时间变化的。”。“这种耦合理论为这种变化提供了一种可能的物理机制。”

该团队将DESI关于暗能量变化的数据与宇宙历史上大质量恒星死亡时产生的黑洞数量进行了比较。这表明，随着更多的黑洞被创造出来，宇宙中的暗能量含量也在同步增加。这意味着暗能量和黑洞之间的联系至少是合理的。

宇宙从大爆炸开始到现代的演化图。（图片来源：uux.cn/NASA/WMAP科学团队）

通过展示DESI第一年数据所暗示的暗能量密度的变化，该团队对他们的理论进行了一些实验验证，这些变化可以用恒星形成高峰期附近的重恒星产生的黑洞来解释。

“显示暗能量密度的增长如何跟踪膨胀宇宙中黑洞的产生和增长是一项独立的观测，是对黑洞随宇宙膨胀而增长的观测的补充，”Tarlé继续说道。

暗能量和黑洞的耦合可以解释像这样的黑洞的核心是什么，这是由遥远星系M87中心的事件视界望远镜拍摄的。（图片来源：uux.cn/EHT Collaboration）

虽然密歇根大学的研究人员和他的同事们还没有准备好解释暗能量和暗物质是如何联系在一起的，但塔莱准备为Space.com进行推测。

塔莱解释说：“在早期宇宙中，当引力非常强时，一种暗能量导致宇宙呈指数膨胀。通过一些未知的过程，这种能量转化为今天的宇宙物质。”。“可以想象，在黑洞的中心，这是目前宇宙中唯一一个引力与膨胀期间一样强的地方，物质通过相反的过程转化为暗能量。”

塔莱说，这一理论的美妙之处在于，它不仅有助于解释暗能量及其来源，还有助于解决黑洞科学中一个挥之不去的问题。

目前，在黑洞的核心，至少在理论上，存在一个奇点，爱因斯坦引力理论和广义相对论的方程在这个点上趋于无穷大，因此，所有的物理学都崩溃了。暗能量和黑洞的宇宙学耦合消除了这种奇点。

“我们的理论还有一个额外的好处，即提供了一种可以避免中心奇点的机制，”Tarlè补充道。“爱因斯坦从不相信黑洞中心的奇点，并认为这代表了他的理论的失败。”

Tarlé解释说，这项工作可以通过一系列可能的途径发展。他补充说，球队可以采取许多“下一步”。其中之一是，当DESI发布未来3年的数据时，他们的结果是否会保持不变，预计数据将在几个月内下降。

研究人员还将试图了解宇宙中宇宙耦合黑洞的分布，并为宇宙耦合黑洞寻找“内部解决方案”。

塔雷总结道：“从根本上说，黑洞是否是暗能量，与它们所居住的宇宙相结合，已经不再只是一个理论问题。”。“现在这是一个实验性问题。”

该团队的研究于周一（10月28日）发表在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》上。