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将物质转化为暗能量的黑洞可以解决“宇宙打嗝”秘密

2025-08-25 10:41阅读：

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将物质转化为暗能量的黑洞可以解决“宇宙打嗝”秘密
By Robert Lea published 28 minutes ago
Astronomy
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将物质转化为暗能量的黑洞可以解决“宇宙打嗝”秘密
暗能量围绕黑洞涡旋的描画。 (Image credit: Robert Lea (created with Canva))

在一项新研究中，科学家们开始沉思一个相当狂的问题：如果黑洞能够将死亡恒星物质转化为暗能量会是什么——这种神秘的力驱动宇宙的加速扩张？如果如此，那么它刚好可以解释我们宇宙模型中的诸多“呃逆”。
这一新理论提出黑洞实际上可能是微小的暗能量“气泡”。这涉及物质转化为暗能量因为当大质量恒星耗尽它们的核聚变燃料后坍塌时黑洞被诞生。因此，如果这个“宇宙上耦合的黑洞（CCBH）”假说是正确的，一个大质量恒星核转化为一个黑洞代表恒星物质转化成暗能量。
提出这个背后的团队灵感源自从暗能量光谱仪（DESI）的最新成果。该研究提示占宇宙物质与能量总量约68%的暗能量强度正在随时间变化。这与我们当前最主流的宇宙模型——标准宇宙学模型或Λ冷暗物质模型（简称LCDM）矛盾，该模型提示暗能量强度应当是恒定的。
暗能量光谱仪项目研究员、波士顿大学学者史蒂夫·阿伦在声明中说，“历史上这是物理学研究被做的方式。你尽可能多地提出各种想法并且你要能尽快否决它，你不要害羞离开那些新颖独特的想法——这清楚的是这些日子当有如此许多秘密时我们需要来想出的” 。
阿伦是宇宙上耦合的黑洞概念（CCBH）的早期贡献者，该理论最初由亚利桑那州立大学的凯文·克罗克和夏威夷大学的邓肯·法拉教授于五年前提出。自那时起，许多研究者已经用数学强健的玩了但很非传统的黑洞为暗能量的液滴的想法。
宇宙学上耦合的黑洞如何挂钩到暗能量光谱仪
研究团队的想法将宇宙的加速扩张与暗能量光谱仪的星系延伸回到100亿年的观测联系，这似乎表明在宇宙中今天物质能量总量比在大爆炸期间有的更少。这是因为物质经由它的引力影响减慢宇宙扩张，而暗能量加速起它。
因此，在宇宙上耦合的黑洞概念假说中物质转化为以黑洞的形式的暗能量气泡将解释为什么叫哈勃常数的宇宙扩张速率会随时间变化。
尽管暗能量如今统治宇宙，但并非总是这种情况。某些东西在大爆炸后约90亿至100亿年间造成了它推翻物质和引力的影响。宇宙上耦合的黑洞概念假说提出暗能量在宇宙历史的不同阶段没有某些任意的强度，而是在宇宙已经扩张冷却到足以允许恒星被诞生和后来消亡后浮现。这将意味着在时间中任何点上暗能量的量和它的影响都应共相关到被诞生恒星的数量。
A chart of celestial objects in different colors with Earth at the center and ranging out billions of light years out in yellow, orange, blue and green.
暗能量光谱仪数据切片从地球（中心）映射天体到数十亿光年外。天体中是邻近明亮星系（黄色）、明亮红星系（橙色）、发射线星系（蓝色）和类星体（绿色）。在插图中可见的是宇宙的大尺度结构，这显示最密集的勘测区域，代表不到暗能量光谱仪总勘测体积的0.1%。(Image credit: DESI Collaboration /DOE /KPNO /NOIRLab /NSF /AURA /C. Lamman)
正是由于暗能量光谱仪的暗能量的随时间变化的观测确实真的对应到被哈勃太空望远镜和詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）观测到的恒星形成率，说服了克罗克和法拉团队与暗能量光谱仪合作。
法拉说，“宇宙学上耦合的黑洞假说量上将你最初认为无关联的联系成被关联的。正是这种大尺度与小尺度的混合，跑的与我们训练的线性直觉如此相反 “。
这一假说可能解决的看似无关的打嗝是围绕所谓的“幽灵粒子”或中微子的质量的问题。
宇宙的幽灵打碎
中微子是无电荷且几乎无质量的，这意味着每秒有100万亿个中微子以接近光速穿过你的身体，而你没有注意到一个。因此它们的这个诡异的绰号。
中微子是宇宙中仅次于光子（即光的粒子）的第二大丰度粒子，科学家们知道它们一定有非零质量，但计算这些质量一直是挑战的。这不仅是正如你想象的中微子是难以置信的难来探测，而且它至少部分的因为物质应当以三种类型而来：暗物质、重子（如质子和中子）以及中微子。然而，某些大爆炸及宇宙演化的模型没有留下中微子对物质-能量预算作出一个贡献的空间。
一些当前的估计通过将中微子的质量视为非零但有负值解决这个，某些对物理学家非常麻烦的东西，因为负质量是某些目前被认为是不可能的东西。
将物质转化为暗能量的黑洞可以解决“宇宙打嗝”秘密

被一个在超新星爆炸中垂死恒星发射的中微子的描画。 (Image credit: Naeblys/Getty Images)
亚利桑那州立大学地球与空间探索学院的校董教授罗杰·温德霍斯特在声明中说，“数据会提示中微子质量是负的，当然是不可能的物理的”。
然而，以在宇宙学上耦合的黑洞假说中死星物质和它们的转化为暗能量形式的重子消耗分解消灭这种非物理质量头疼。这是因为自大爆炸以来重子随它们被转化为暗能量微滴已经消失，这允许中微子做出一个与它们的丰度测量对齐的贡献。
温德霍斯特补充说：“你发现中微子质量概率分布不仅指向一个正值，而且一个与地面实验对齐的数值。我发现这非常兴奋 “。
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虽然这一概念肯定是朝向确立宇宙学上耦合的黑洞为一种可行理论的又一步，但在任何人能试图欢呼宇宙学上耦合的黑洞为宇宙学的一种实在的新范式之前需要更多的数据、分析，当然被科学界精查。
阿伦指出，这当然是科学运作的方式。与此同时暗能量光谱仪合作者能庆祝这一研究证明他们的数据允许测试有点“在那里”假设的。
研究团队成员、暗能量光谱仪合作科学家格雷戈里·塔尔说， “至少这很有趣”。他领导创建了暗能量光谱仪的5000个机器人眼。“我会说‘令人信服’将是一个更准确的词，但我们真的试图在我们的领域保留这个”。
“这是如此酷，在一个这么长时间工作在实验上后这个点能够想到兴奋的结果。只是太棒了 “。
该团队的研究于周四（8月21日）发表在《Physical Review Letters》杂志上.
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