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宇宙中的黑洞都在默默变大没有人知道为什么

2021-11-16 11:29   来源:未知   作者:admin

  现实的宇宙还没搞懂,咱就先不谈虚拟的元宇宙。人的发展,乃至文明的发展有两个方向,一个向外,去探索那个充满了危险和敌意的外在宇宙;另一个向内,去创造一个自己喜欢的宇宙。哪个方向更好一些?抑或不分高下?相信大家一定有自己的判断。

  在过去的几年里,人类的引力波探测技术得到了突破性的发展。它发现了宇宙中黑洞的合并,并多次验证了爱因斯坦的预言。但是在这个过程中人们发现了一个问题——我们发现的黑洞都比较大。

  怎么理解“比较大”这个说法呢?物理学家原本推测,这些发生合并的恒星级黑洞质量大部分都应该在太阳的40倍以下。但是引力波探测到的许多黑洞质量都超过了太阳的50倍,有一些甚至是太阳的100倍。

  黑洞可以通过合并或吞噬物质长大,但是黑洞的合并是有概率的。宇宙诞生至今不过138亿年,在有限的时间内出现这么多的大黑洞,小黑洞的基数就会变得很大。而小黑洞是大质量恒星坍缩形成的,宇宙中的大质量恒星可没有那么多。大黑洞如果只能通过不断地吞并小黑洞这一种方式来变大,那么它们的数量就不应该有那么多。

  面对矛盾,人们提出了很多假说,但是这些假说通常很难成立。到目前为止还没有一种理论可以通过单一的机制,很好地解释这一现象。

  最近来自多个大学的一些科学家又提出了一种新的构想。他们认为,无论是小黑洞还是大黑洞,它们都可以在宇宙的膨胀中获取质量。

  研究人员认为,通行的黑洞模型理论是建立在一个不会膨胀的宇宙基础上的,爱因斯坦的方程在某种程度上是进行了简化的。当然这也是无可厚非的,因为任何科学预言都只在有限的时间范围内才是合理的。

  就引力波探测而言,简化也是一种实用的妥协。但是事实上,一次黑洞合并事件的发生,需要经历数十亿年的渐进过程。数十亿年的时间,不但会让一对黑洞合并,还会让一个膨胀着的宇宙发生巨大的变化。假如我们把宇宙膨胀这一因素考虑进去,我们就会发现一种令人吃惊的可能性:黑洞的质量会随着宇宙的膨胀而逐渐增长。

  能够展现这一现象的最好载体是我们熟悉的光。光的波长会随着宇宙的膨胀而逐渐变长,所不同的是光会一点点失去能量。研究人员对一种相反的可能性进行了考察:假如黑洞能够随宇宙的膨胀同步长大,情况又当如何?

  为了验证这一猜想,研究人员模拟了数百万对恒星的演化过程。这些恒星中的每一对都会演化成黑洞,并且一旦当它们变成黑洞,它们的质量都会随宇宙的膨胀同步增长。

  模拟结果显示,当这些成双成对的黑洞发生合并时,它们的质量都要比它们刚刚诞生时大。不仅如此,最终发生合并的黑洞数量也要比原本估计的多很多。研究人员还将模拟得到的数据和引力波探测得到数据进行了对比,结果发现两者竟然吻合得很好。

  这是一个相当“简单”的理论模型,研究人员承认,之所以如此认真地对它进行了探讨,非常重要的一点是他们无需对当前的恒星演化理论进行修改。

  但是无论如何,现在距离我们真正揭开黑洞质量变大之谜为时尚早。一方面即使黑洞质量真的会随宇宙膨胀而变大,我们也不知道其中的原因;另一方面我们对黑洞合并过程中的许多细节也还一无所知。