暗能量來自超大質量黑洞嗎

近日，一項發表于《天體物理雜志》的研究登上了熱門。該研究聲稱，正在加速宇宙膨脹的神秘 “暗能量”可能來自星系中心的超大質量黑洞。

據《科學》報道，如果這是真的，意味著科學家把物理學中最令人費解的兩個概念——黑洞和暗能量聯系起來，并表明后者的來源在理論家眼皮底下存在了幾十年。

然而，一些主要理論家對這一想法深表懷疑。“這種假設對我來說毫無意義。”美國芝加哥大學理論物理學家Robert Wald說。

其他理論家更容易接受激進的主張。加拿大普里美特理論物理研究所天體物理學家Niayesh Afshordi說：“我個人對此感到興奮。”

乍一看，黑洞和暗能量似乎沒有任何關系。根據廣義相對論，黑洞是一個純粹的引力場，其能量足以維持自身存在。人們認為，當大質量恒星坍縮到無窮小，只留下它們的引力場時，就會出現這種奇特的“洪水猛獸”。

據信，擁有數百萬或數十億倍太陽質量的超大質量黑洞潛伏在星系中心。

相比之下，暗能量是一種神秘的現象，它實際上拉伸了空間，加速了宇宙膨脹。理論學家認為，暗能量可能代表了太空中某種新的場（有點像電場），或者它可能是真空本身的基本性質。

那么，二者如何聯系起來呢？量子力學認為，真空空間的真空應該包含一種稱為真空能的能量。它被認為分布在整個宇宙中，并產生一種與重力相反的力，使其成為暗能量身份的主要候選者。

1966年，蘇聯物理學家Erast Gliner證明，愛因斯坦方程也可以產生在外部觀察者看來和黑洞一模一樣的物體，但實際上它是巨大的真空能量球。

如果存在這樣的物體，就意味著暗能量并不是均勻分布在整個空間中，而是局限于特定的位置——黑洞內部。即使被束縛在這些特殊的地方，暗能量仍然會對宇宙施加空間拉伸效應。

論文通訊作者、夏威夷大學馬諾阿分校天體物理學家Duncan Farrah說，“超大質量黑洞是暗能量的來源”這一觀點的一個后果是，它們將與空間的不斷拉伸聯系在一起，其質量會隨著宇宙的膨脹而變化。“如果宇宙的體積翻倍，黑洞的質量也會翻倍。”

為了驗證這種可能性，Farrah和同事研究了橢圓星系，其中心含有數百萬或數十億倍太陽質量的黑洞。他們把注意力集中在恒星之間漂浮著少量氣體或塵埃的星系上，后者將為中心黑洞提供一個物質庫。這樣的黑洞在宇宙的歷史進程中不會發生太大變化。

研究小組通過分析大約90億年來橢圓星系的性質發現，早期宇宙中的黑洞相對于其宿主星系而言，比現代宇宙中的黑洞小得多。這表明，它們的質量增長了7至10倍。

“黑洞膨脹，而星系沒有膨脹。這是關鍵。”Farrah說。如果黑洞是靠吸收附近的氣體和塵埃生長的，那么這種物質也會在遠離黑洞的星系中產生許多新的恒星。但如果黑洞是由暗能量形成的，它們將以研究人員在橢圓星系中心觀察到的方式對宇宙大小的變化作出反應。

確定星系如何隨時間演變是一項棘手的工作。“目前來說，這是一種有趣的可能性，但還需要更多證據。”澳大利亞悉尼大學宇宙學家Gerint Lewis評價說。