随着宇宙的膨胀 可能导致所有物质的质量增加 黑洞可能会越来越大

　　一项新的假设表明，宇宙的膨胀可能导致所有物质的质量增加。宇宙中的黑洞比天体物理学家预期的要大。现在，一项新研究表明了原因：随着宇宙的膨胀，每个黑洞都可能在增长。

　　这个名为“宇宙耦合”的新假说认为，随着大爆炸后宇宙向外膨胀，所有有质量的物体也随之增长。黑洞，作为一些现存的最大质量的物体，生长得最快。

　　这一假设源于当两个巨大的黑洞被锁定在轨道上，向内螺旋并碰撞时发生的时空引力涟漪。自 2015 年以来，旨在探测这些引力波的激光干涉引力波天文台(LIGO) 和 Virgo 干涉仪的科学家们已经观测到了许多此类黑洞合并。

　　但海浪中蕴含着一个谜。根据宇宙中恒星的估计大小分布，黑洞的质量应该小于太阳质量的大约 40 倍。但从这些引力波中获取的数据表明，许多黑洞的质量超过 50 个太阳质量，有些接近 100 个太阳质量。

　　这种不匹配的一个常见解释是，黑洞通过吞噬气体、尘埃、恒星甚至其他黑洞而随着时间的推移而增长。但是因为黑洞通常是在被称为超新星的巨大恒星爆炸之后形成的，所以许多黑洞出现在没有任何这种物质的空间区域。天文学家提出了其他解释，但都对科学家目前对恒星生命周期的理解提出了看不见的变化。没有人可以解释引力波天文台探测到的合并黑洞的惊人大小差异。

　　这篇于 11 月 3 日发表在《天体物理学杂志快报》上的新论文提出了对大小合并黑洞质量的解释：黑洞膨胀的质量不是它们吃的任何东西的结果，而是不知何故与宇宙本身的膨胀有关。

　　这意味着宇宙中所有的黑洞——包括引力波实验中检测到的合并黑洞、银河系外围的游荡黑洞，甚至大多数星系中心的巨大超大质量黑洞——都在随着时间的推移而增长。

　　为了研究他们的假设，研究人员选择在不断增长的宇宙中模拟两个合并的黑色，而不是其他研究团队为了简化为黑色提供基础的复杂方程（源自爱因斯坦的广义相对论）而构建的静态宇宙孔合并模型。

　　两个螺旋式黑洞合并只需要几秒钟，因此像过去所做的那样，在这么短的时间内假设一个静态宇宙似乎是明智的。但研究人员不同意，他们说如果科学家在他们的模型中假设一个静态宇宙，他们可能会排除两个黑洞在到达碰撞点之前存在的数十亿年中的潜在变化

　　“这是一个简化爱因斯坦方程的假设，因为一个不增长的宇宙需要跟踪的东西要少得多。”研究第一作者凯文·s·克罗克(Kevin S. Croker)在声明中说，他是夏威夷大学梅诺阿物理和天文系的教授。“不过，这里有一个权衡，预测可能只在有限的时间内是合理的。”

　　通过模拟数百万对恒星——从它们的诞生到它们的死亡——研究人员能够研究那些死亡形成成对黑洞的恒星，并将它们增长的程度与宇宙的膨胀成比例联系起来。在将他们成长的模型宇宙的一些预测与 LIGO-Virgo 数据进行比较后，研究人员惊讶地发现它们匹配得很好。

　　这个假设听起来可能很古怪，但宇宙学耦合存在于天体物理学的其他地方。最著名的例子可能是“红移”，其中移动的物体的光被拉伸到更长（因此更红）的波长。

　　这意味着随着宇宙膨胀和恒星彼此远离——就像在膨胀的气球上画的点一样——恒星发出的光粒子或光子随着时间的推移变得更红，在这样做时会失去能量。据说光的能量在宇宙学上与宇宙的膨胀有关。

　　如果研究人员是正确的，那就意味着所有有质量的东西都在变大——太阳、中子星、行星甚至人类。当然，这种耦合对我们来说比对黑洞弱得多。

　　“宇宙学耦合确实适用于宇宙中的其他物体和材料，但耦合的强度太弱，你看不到它的影响。”克罗克告诉 Live Science。“对于我们假设的黑洞类型，耦合可能比你对太阳核心的预期大一百万倍。即使对于这些类型的黑洞，你也可能需要等待数亿次几年来让你的质量翻倍。”

　　克罗克说：“目前这可能只是一个有趣的想法，但随着引力波探测器随着时间的推移变得更加敏感，将有越来越多的数据可用于检验这一假设。”

　　“计划升级到 LIGO-Virgo，加上他们将在未来十年收集的数据，将描述更多的黑洞合并。”克罗克说。“收集的数据越多，我们就越能有力地检验我们的假设。天基重力波实验，如 LISA 激光干涉仪空间天线，可以让我们直接在单个系统中看到质量增益。”