黑洞可能会从宇宙本身的膨胀中获得质量

自 2015 年激光干涉引力波天文台（LIGO）首次观测到黑洞合并以来，天文学家一再对其巨大的质量感到惊讶。尽管不发光，但是通过引力波，我们观察到黑洞合并。引力波是爱因斯坦广义相对论预测的时空结构中的涟漪。物理学家最初预计合并事件涉及的黑洞质量不到太阳的 40 倍，因为黑洞源自大质量恒星，如果太大将无法合并在一起。然而 LIGO 和 Virgo 天文台发现了许多质量大于太阳 50 倍的黑洞，有些黑洞的质量达到太阳的 100 倍。关于如此大的黑洞的形成场景，科学家提出了无数设想，但没有一种能解释迄今为止观察到的黑洞合并的多样性，而且对于哪些形成场景的组合在物理上具备可行性也没有达成一致意见。一项发表在《Astrophysical Journal Letters》上的新研究首次表明，大小黑洞的质量都可以通过一条路径产生，即黑洞从宇宙本身的膨胀中获得质量。 天文学家通常在无法膨胀的宇宙中模拟黑洞。夏威夷大学马诺阿分校物理和天文学系教授 Kevin Croker 表示：“这是对爱因斯坦方程简化的一个假设，因为一个不增长的宇宙要跟踪的东西要少得多……不过这是一种取舍：预测可能只在有限的时间内是合理的。”由于 LIGO-Virgo 可检测到的单个事件仅持续几秒钟，因此在分析任何单个事件时，这种简化是合理的。但是这些相同的合并可能需要数十亿年的时间才能完成。一对黑洞的形成到最终合并期间，宇宙极大地膨胀了。如果仔细考虑爱因斯坦理论中更微妙的方面，就会出现一个惊人的可能性：黑洞的质量可能与宇宙同步增长，Croker 和他的团队将这种现象称为宇宙耦合。宇宙耦合最著名的例子就是光本身，它随着宇宙的增长而失去能量。论文合作者、夏威夷大学马诺阿分校物理学和天文学教授 Duncan Farrah 表示：“我们考虑过相反的效果。如果黑洞会宇宙耦合，并且不需要消耗其他恒星或气体就能获得能量，那 LIGO - Virgo 会观察到什么？”