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  • 宇宙为何加速膨胀?或是来自于遍布星系之间空隙的致密暗能量天体

    天文学家早在哈勃时代就知道宇宙正在加速膨胀,但这种膨胀的物理机制仍然是个谜。现在夏威夷大学一组研究人员做出了一个新的预测:造成这种加速膨胀的暗能量,来自于遍布星系之间空隙的致密暗能量天体,其研究发表在《天体物理学》期刊上。在20世纪60年代中期,物理学家首次提出恒星坍塌不应该形成真正的黑洞,而应该形成一般的暗能量天体(GEODE)。

    宇宙为何加速膨胀?或是来自于遍布星系之间空隙的致密暗能量天体

    与黑洞不同,暗能量天体不会有奇点“破坏”爱因斯坦方程。相反,一个旋转层围绕着暗能量的核心。从外部看,暗能量天体和黑洞看起来大体相同,即使它们碰撞的“声音”是由引力波天文台测得。因为暗能量天体像黑洞,所以人们认为它们在太空中的移动方式与黑洞相同。夏威夷大学马诺阿分校物理和天文学系研究员、这项研究的主要作者凯文·克罗克(Kevin Croker)说:如果你想解释宇宙的加速膨胀,这就成了一个问题。

    宇宙为何加速膨胀?或是来自于遍布星系之间空隙的致密暗能量天体

    尽管去年证明了暗能量天体理论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体(GEODE)。如果它们像黑洞一样移动,保持在可见物质附近,像我们银河系这样的星系就会被破坏。克罗克与物理与天文学系Jack Runburg,以及天文研究所及物理与天文学系教员Duncan Farrah合作,研究GEODE如何在太空中移动。研究发现,每个区域节点周围的旋转层,决定了它们之间的相对运动方式。

    或是一种全新的现象

    如果它们的外层旋转缓慢,暗能量天体聚集的速度会比黑洞快。这是因为暗能量天体从宇宙本身的膨胀中获得质量。然而,对于具有接近光速旋转层的暗能量天体,质量增益由不同的效果主导,并且暗能量天体开始相互排斥。如果经过观察证实,这将是一种全新的现象。该研究小组在假设许多最古老恒星在宇宙年龄不到当前年龄的2%时诞生时,在当时形成了暗能量天体的假设下,求解了爱因斯坦的方程式。

    宇宙为何加速膨胀?或是来自于遍布星系之间空隙的致密暗能量天体

    当这些古老的暗能量天体以其他恒星和丰富的星际气体为食时,它们开始非常迅速地旋转。一旦旋转得足够快,暗能量天体之间的相互排斥,导致它们中的大多数“间隔”进入最终成为现在星系之间的空隙区域。这项研究支持这样的观点:即暗能量天体可以解决暗能量问题,同时与遥远距离的不同观测保持和谐。暗能量天体远离现在的星系,因此它们不会扰乱星系内计算的微妙恒星对。解决暗能量问题所需的古代暗能量天体数量与古代恒星的数量一致。

    宇宙为何加速膨胀?或是来自于遍布星系之间空隙的致密暗能量天体

    暗能量天体不会扰乱测量到的星系在空间中的分布,因为它们在发光物质形成当今的星系之前就与之分离了。最后,暗能量天体不会直接影响大爆炸余辉中的温和涟漪,因为它们是在这一宇宙背景辐射释放数亿年后从死星中诞生的。研究人员对其研究结果持谨慎乐观态度:人们认为,如果没有直接探测到LIGO-室女座引力波观测站发出黑洞信号以外的东西,就永远无法判断暗能量天体的存在,但现在对爱因斯坦的方程式如何将大小联系在一起有了更清晰的理解。

    宇宙为何加速膨胀?或是来自于遍布星系之间空隙的致密暗能量天体

    博科园|研究/来自:夏威夷大学马诺阿分校

    参考期刊《天体物理学》

    DOI: 10.3847/1538-4357/abad2f

    博科园|科学、科技、科研、科普

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