據(jù)New Atlas報道，圍繞著黑洞有許多謎團(tuán)，現(xiàn)在一個天文學(xué)家小組對其中一個謎團(tuán)提出了一個新的解決方案—為什么這么多觀察到的黑洞比預(yù)期的質(zhì)量更大? 一個新的模型表明，它們的增長可能與宇宙的膨脹“在宇宙學(xué)上耦合”。

2015年，科學(xué)家借助激光干涉引力波天文臺(LIGO)首次發(fā)現(xiàn)了引力波--時空結(jié)構(gòu)本身的漣漪。這些波是在災(zāi)難性事件中產(chǎn)生的，最常見的是黑洞之間的碰撞，天文學(xué)家可以從這些波逆向計算出參與合并的兩個天體的質(zhì)量。然而他們注意到一些奇怪的事情。

最常見的黑洞類型，也是研究小組預(yù)計會在大多數(shù)合并中看到的那種，是恒星級黑洞(stellar black hole)。這些黑洞是由大質(zhì)量恒星坍縮形成的，預(yù)計其質(zhì)量是太陽的5到30倍左右。但是LIGO團(tuán)隊檢測到了幾個質(zhì)量大得多的黑洞--例如，有記錄以來最大規(guī)模的碰撞是兩個質(zhì)量分別為65和85個太陽的黑洞之間的碰撞。

那么，這些黑洞是如何變得如此之大的呢?最常見的解釋是，它們通過吞噬物質(zhì)而成長，包括灰塵、氣體、恒星或其他黑洞。但是這項新研究的科學(xué)家現(xiàn)在提出了一個相當(dāng)離奇的替代方案--黑洞的質(zhì)量可能隨著宇宙的擴(kuò)張而增長，該團(tuán)隊稱之為“宇宙學(xué)耦合”效應(yīng)。

這聽起來可能有點奇怪，但這個想法并不是完全沒有先例。這種可能性是由愛因斯坦的相對論所暗示的，而光已經(jīng)是一種宇宙學(xué)耦合，因為它隨著宇宙的膨脹而失去能量，為這種膨脹提供了能量。

“我們認(rèn)為要考慮相反的效果，”該研究的共同作者Duncan Farrah說。“如果黑洞是宇宙耦合的，并且在不需要消耗其他恒星或氣體的情況下獲得能量，LIGO-Virgo會觀察到什么?”

研究小組指出，當(dāng)黑洞被建模時，它通常是在不膨脹的模擬宇宙中進(jìn)行的。這是為了簡單起見，但可能會掩蓋宇宙學(xué)耦合的任何影響。因此，在新的研究中，研究人員進(jìn)行了模擬，考慮了這種膨脹。

他們模擬了數(shù)以百萬計的恒星，通過它們的誕生、生活和死亡形成黑洞--重要的是，他們將黑洞的質(zhì)量與模擬宇宙的大小聯(lián)系起來。這意味著這些黑洞對隨著時間的推移質(zhì)量越來越大，因為它們在螺旋式地接近對方，并最終發(fā)生碰撞。

也許并不令人驚訝的是，合并后形成的黑洞質(zhì)量更大，但這似乎也導(dǎo)致了更多的合并發(fā)生?？梢钥隙ǖ氖?，這些預(yù)測似乎與LIGO-Virgo合作的數(shù)據(jù)相當(dāng)吻合。

研究人員表示，新模型運(yùn)行良好，因為它不需要對我們現(xiàn)有的關(guān)于恒星如何形成、生存和死亡的理解進(jìn)行任何修改。但當(dāng)然，這個問題遠(yuǎn)未解決--目前關(guān)于黑洞吞噬物質(zhì)和相互吞噬的想法可能是一個更簡單的解釋。

“黑洞合并的許多方面并不為人所知，例如主要的形成環(huán)境和貫穿其生命的復(fù)雜物理過程，”該研究的共同作者M(jìn)ichael Zevin說。“雖然我們使用了一個模擬的恒星群，反映了我們目前擁有的數(shù)據(jù)，但還是有很大的回旋余地。我們可以看到，宇宙學(xué)耦合是一個有用的想法，但我們還不能測量這種耦合的強(qiáng)度。”

隨著引力波觀測站變得更加敏感，特別是隨著新的觀測站(如基于空間的LISA)加入搜索，這一想法可以得到檢驗。

該研究發(fā)表在 《天體物理學(xué)雜志快報》 上。

關(guān)鍵詞： 黑洞 宇宙 恒星級黑洞 LIGO團(tuán)隊