據new atlas報道，圍繞着黑洞有許多謎團，現在一個天文學家小組對其中一個謎團提出了一個新的解決方案—為什麼這麼多觀察到的黑洞比預期的品質更大？一個新的模型表明，它們的增長可能與宇宙的膨脹“在宇宙學上耦合”。
2015年，科學家借助雷射幹涉引力波天文台（ligo）首次發現了引力波--時空結構本身的漣漪。這些波是在災難性事件中産生的，最常見的是黑洞之間的碰撞，天文學家可以從這些波逆向計算出參與合并的兩個天體的品質。然而他們注意到一些奇怪的事情。
最常見的黑洞類型，也是研究小組預計會在大多數合并中看到的那種，是恒星級黑洞（stellar black hole）。這些黑洞是由大品質恒星坍縮形成的，預計其品質是太陽的5到30倍左右。但是ligo團隊檢測到了幾個品質大得多的黑洞--例如，有記錄以來最大規模的碰撞是兩個品質分别為65和85個太陽的黑洞之間的碰撞。
那麼，這些黑洞是如何變得如此之大的呢？最常見的解釋是，它們通過吞噬物質而成長，包括灰塵、氣體、恒星或其他黑洞。但是這項新研究的科學家現在提出了一個相當離奇的替代方案--黑洞的品質可能随着宇宙的擴張而增長，該團隊稱之為“宇宙學耦合”效應。
這聽起來可能有點奇怪，但這個想法并不是完全沒有先例。這種可能性是由愛因斯坦的相對論所暗示的，而光已經是一種宇宙學耦合，因為它随着宇宙的膨脹而失去能量，為這種膨脹提供了能量。
“我們認為要考慮相反的效果，”該研究的共同作者duncan farrah說。“如果黑洞是宇宙耦合的，并且在不需要消耗其他恒星或氣體的情況下獲得能量，ligo-virgo會觀察到什麼？”
研究小組指出，當黑洞被模組化時，它通常是在不膨脹的模拟宇宙中進行的。這是為了簡單起見，但可能會掩蓋宇宙學耦合的任何影響。是以，在新的研究中，研究人員進行了模拟，考慮了這種膨脹。
他們模拟了數以百萬計的恒星，通過它們的誕生、生活和死亡形成黑洞--重要的是，他們将黑洞的品質與模拟宇宙的大小聯系起來。這意味着這些黑洞對随着時間的推移品質越來越大，因為它們在螺旋式地接近對方，并最終發生碰撞。
也許并不令人驚訝的是，合并後形成的黑洞品質更大，但這似乎也導緻了更多的合并發生。可以肯定的是，這些預測似乎與ligo-virgo合作的資料相當吻合。
研究人員表示，新模型運作良好，因為它不需要對我們現有的關于恒星如何形成、生存和死亡的了解進行任何修改。但當然，這個問題遠未解決--目前關于黑洞吞噬物質和互相吞噬的想法可能是一個更簡單的解釋。
“黑洞合并的許多方面并不為人所知，例如主要的形成環境和貫穿其生命的複雜實體過程，”該研究的共同作者michael zevin說。“雖然我們使用了一個模拟的恒星群，反映了我們目前擁有的資料，但還是有很大的回旋餘地。我們可以看到，宇宙學耦合是一個有用的想法，但我們還不能測量這種耦合的強度。”
随着引力波觀測站變得更加敏感，特别是随着新的觀測站（如基于空間的lisa）加入搜尋，這一想法可以得到檢驗。
該研究發表在《天體實體學雜志快報》上。