宇宙為何加速膨脹？或是來自於遍布星系之間空隙的緻密暗能量天體

2020-09-04 博科園

天文學家早在哈勃時代就知道宇宙正在加速膨脹，但這種膨脹的物理機制仍然是個謎。現在夏威夷大學一組研究人員做出了一個新的預測：造成這種加速膨脹的暗能量，來自於遍布星系之間空隙的緻密暗能量天體，其研究發表在《天體物理學》期刊上。在20世紀60年代中期，物理學家首次提出恆星坍塌不應該形成真正的黑洞，而應該形成一般的暗能量天體（GEODE）。

與黑洞不同，暗能量天體不會有奇點「破壞」愛因斯坦方程。相反，一個旋轉層圍繞著暗能量的核心。從外部看，暗能量天體和黑洞看起來大體相同，即使它們碰撞的「聲音」是由引力波天文臺測得。因為暗能量天體像黑洞，所以人們認為它們在太空中的移動方式與黑洞相同。夏威夷大學馬諾阿分校物理和天文學系研究員、這項研究的主要作者凱文·克羅克(Kevin Croker)說：如果你想解釋宇宙的加速膨脹，這就成了一個問題。

儘管去年證明了暗能量天體理論上可以提供必要的暗能量，但需要大量古老而巨大的暗能量天體（GEODE）。如果它們像黑洞一樣移動，保持在可見物質附近，像我們銀河系這樣的星系就會被破壞。克羅克與物理與天文學系Jack Runburg，以及天文研究所及物理與天文學系教員Duncan Farrah合作，研究GEODE如何在太空中移動。研究發現，每個區域節點周圍的旋轉層，決定了它們之間的相對運動方式。


或是一種全新的現象


如果它們的外層旋轉緩慢，暗能量天體聚集的速度會比黑洞快。這是因為暗能量天體從宇宙本身的膨脹中獲得質量。然而，對於具有接近光速旋轉層的暗能量天體，質量增益由不同的效果主導，並且暗能量天體開始相互排斥。如果經過觀察證實，這將是一種全新的現象。該研究小組在假設許多最古老恆星在宇宙年齡不到當前年齡的2%時誕生時，在當時形成了暗能量天體的假設下，求解了愛因斯坦的方程式。

當這些古老的暗能量天體以其他恆星和豐富的星際氣體為食時，它們開始非常迅速地旋轉。一旦旋轉得足夠快，暗能量天體之間的相互排斥，導致它們中的大多數「間隔」進入最終成為現在星系之間的空隙區域。這項研究支持這樣的觀點：即暗能量天體可以解決暗能量問題，同時與遙遠距離的不同觀測保持和諧。暗能量天體遠離現在的星系，因此它們不會擾亂星系內計算的微妙恆星對。解決暗能量問題所需的古代暗能量天體數量與古代恆星的數量一致。

暗能量天體不會擾亂測量到的星系在空間中的分布，因為它們在發光物質形成當今的星系之前就與之分離了。最後，暗能量天體不會直接影響大爆炸餘輝中的溫和漣漪，因為它們是在這一宇宙背景輻射釋放數億年後從死星中誕生的。研究人員對其研究結果持謹慎樂觀態度：人們認為，如果沒有直接探測到LIGO-室女座引力波觀測站發出黑洞信號以外的東西，就永遠無法判斷暗能量天體的存在，但現在對愛因斯坦的方程式如何將大小聯繫在一起有了更清晰的理解。

博科園｜研究/來自：夏威夷大學馬諾阿分校

參考期刊《天體物理學》

DOI: 10.3847/1538-4357/abad2f

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