黑洞是一個還是兩個?宇宙膨脹學說或許可以揭開了黑洞雙星的神秘面紗
43 次觀看·2023年11月10日
根據愛因斯坦廣義相對論,傳統黑洞理論典型地解釋單獨存在的靜止或自轉黑洞,在空間中是相對孤立的個體。理論預言,如果存在黑洞雙星,由於互相的引力作用,它們之間距離會不斷減小,並最終互相吸引發生碰撞。
但是,如果假設我們的宇宙處於動態穩態,處於持續膨脹過程中,那麼黑洞雙星是否還能平衡共存,不發生最後的相互碰撞呢?
最新的研究給出了肯定的答案。南安普頓大學、劍橋大學和巴塞羅那大學的研究人員通過理論計算證明,黑洞有可能成平衡的雙子對存在——由宇宙學力量維持平衡——從外部看來模擬單個黑洞的行為。
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黑洞是引力極強的天文物體
任何物質包括光都無法逃逸
黑洞極為致命
能將數十個太陽質量壓縮到極小的空間內
例如一個十倍太陽質量的黑洞
其直徑僅僅是三十公里左右
更為極端的案例是
一個與太陽質量相當的黑洞
能將地球整個質量壓縮到小小的豌豆大小
根據愛因斯坦廣義相對論
傳統黑洞理論典型地解釋
單獨存在的靜止或自轉黑洞
在空間中是相對孤立的個體
理論預言
如果存在黑洞雙星
由於互相的引力作用
它們之間距離會不斷減小
並最終互相吸引發生碰撞
但是如果假設我們的宇宙處於動態穩態
處於持續膨脹過程中
那麼黑洞雙星是否還能平衡共存
不發生最後的相互碰撞呢
最新的研究給出了肯定的答案
南安普頓大學、劍橋大學
和巴塞羅那大學的研究人員
通過理論計算證明
黑洞有可能成平衡的雙子對存在
由宇宙學力量維持平衡
從外部看來模擬單個黑洞的行為
這項研究由南安普頓大學的奧斯卡迪亞斯教授
劍橋大學的加里基本斯教授
劍橋大學的豪爾赫桑托斯教授
以及巴塞羅那大學的本森維博士組成團隊完成
科學家稱
這種推動宇宙膨脹的神祕力量為宇宙常數
愛因斯坦當年就曾引入宇宙常數
來解釋靜態穩定宇宙模型
後來又放棄了這個想法
但是在一個由宇宙常數驅動膨脹的動態宇宙模型中
黑洞會靜默在這種宇宙背景膨脹的影響之下
這位理論探索黑洞如何相互作用和平衡共存
開拓了新方向
迪亞斯教授解釋說
宇宙學標準模型假設
我們的宇宙起源於138億年前的大爆炸
在大爆炸之後
一種神祕的暗能量主宰了宇宙
使宇宙持續以穩定的加速度膨脹
通過複雜的數值計算方法
支持這項最新研究的科學家團隊證明
兩個靜止黑洞可以平衡共存
它們之間的引力吸引被宇宙常數驅動的空間膨脹所抵消
即使在不斷膨脹的宇宙加速擴張中
這對黑洞仍能固定在彼此穩定的距離上
不會發生最終互相吸引碰撞
空間膨脹勢必會將黑洞分離到更遠距離
但是黑洞之間引力的吸引
又會將其拉回原位
兩種作用力達到平衡
從遠處觀察
這對被宇宙膨脹抵消引力的黑洞雙星
看起來就像單個黑洞
也許很難分辨它究竟是一個還是一對
迪亞斯教授評論道
桑托斯教授進一步指出
我們的理論計算證明瞭靜止黑洞能構成平衡雙星
但這種機制很可能也適用於自轉黑洞
而且我們的計算結果
似乎還能擴展到三個或者四個黑洞的系統
這打開了廣闊的可能性
除了理論上的意義
這項研究對於未來的黑洞觀測也具有重要指導意義
隨著引力波天文學的快速發展
未來對碰撞黑洞的觀測數量會呈爆炸性增長
如果觀測到兩對黑洞碰撞的引力波信號非常接近
難以區分
這項理論就可以指導我們判斷
它們是兩對黑洞分別碰撞
還是一對黑洞雙星系統互相碰撞
為了驗證這項理論的可靠性和適用性
研究人員還需要進一步探索更多可能的情況和參數
例如
是否存在自轉黑洞雙星的平衡點
如果存在
它們之間的距離和自轉速度是多少
如果有三個或四個黑洞構成的平衡系統
它們之間的相對位置和運動狀態又是怎樣的
這些問題都需要更多的數值模擬和分析來回答
此外
研究人員還希望能夠將這項理論與實際觀測相結合
尋找可能存在於宇宙中的平衡黑洞雙星系統
如果能夠發現這樣的系統
並且能夠測量它們的質量、距離和其他特徵
那麼就可以進一步檢驗這項理論的正確性
並且為理解宇宙膨脹和暗能量提供更多線索
這項研究為我們揭示了一個新奇而有趣的現象
在一個不斷膨脹的宇宙中
黑洞有可能成為平衡的雙子對存在
並且從外部看來模擬單個黑洞的行為
這不僅豐富了我們對黑洞和宇宙學的理論認識
也為未來的引力波觀測提供了新的視角和挑戰

