由夏威夷大学马诺阿分校制作
黑洞的第一个渲染图像，由下落的物质照亮
在这项研究中，研究人员提出了一个模型，在这个模型中，这些物体可以在不增加物质的情况下获得质量:它们可以在宇宙学上与宇宙本身的增长相耦合
图像荣誉:让-皮埃尔·卢米恩，“带有薄吸积盘的球形黑洞图像”，《天文学和天体物理学》75(1979):228–35
在过去的6年里，引力波观测站一直在探测黑洞合并，验证了阿尔伯特·爱因斯坦引力理论的一个主要预测
但是有一个问题——许多黑洞出乎意料地大
现在，来自Hawaiʻi大学、芝加哥大学和密歇根大学安娜堡分校的一组研究人员提出了一个解决这个问题的新方法:黑洞随着宇宙的膨胀而增长
自2015年激光干涉仪引力波观测站(LIGO)首次观测到合并黑洞以来，天文学家们一直对其巨大的质量感到惊讶
尽管黑洞不发光，但通过它们发出的引力波——爱因斯坦广义相对论预言的时空结构中的波纹——可以观察到黑洞的合并
物理学家最初预计黑洞的质量将小于太阳的大约40倍，因为合并的黑洞来自大质量的恒星，如果它们变得太大，它们就不能保持在一起
然而，LIGO天文台和处女座天文台发现了许多质量大于50个太阳质量的黑洞，有些黑洞的质量有100个太阳那么大
已经提出了许多形成方案来产生如此大的黑洞，但是没有一个方案能够解释迄今为止观察到的黑洞合并的多样性，并且对于哪种形成方案的组合在物理上是可行的没有一致意见
这项发表在《天体物理学杂志快报》上的新研究首次表明，大黑洞和小黑洞的质量都可以来自一个单一的途径，其中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
UHānoa物理和天文系教授凯文·克罗克说:“这是一个简化爱因斯坦方程的假设，因为一个不增长的宇宙需要跟踪的东西要少得多。”
“不过有一个权衡:预测可能只在有限的时间内是合理的
" 因为Virgo处女座能探测到的单个事件只持续几秒钟，所以当分析任何单个事件时，这种简化是合理的
但是同样的合并可能需要几十亿年的时间
在一对黑洞形成和最终合并的这段时间里，宇宙发生了深刻的变化
如果仔细考虑爱因斯坦理论中更微妙的方面，那么一个惊人的可能性就出现了:黑洞的质量可能会与宇宙同步增长，克罗克和他的团队称这种现象为宇宙耦合
宇宙耦合物质最著名的例子是光本身，它随着宇宙的增长而失去能量
研究合著者、UHānoa物理学和天文学教授邓肯·法拉说:“我们想考虑相反的效果。”
“如果黑洞在宇宙学上是耦合的，并且不需要消耗其他恒星或气体就能获得能量，那么Virgo处女座会观察到什么？” 为了研究这个假设，研究人员模拟了数百万对大恒星的诞生、生命和死亡
任何一对恒星都死亡形成黑洞的恒星对，都与宇宙的大小有关，从它们死亡的时候开始
随着宇宙的不断增长，这些黑洞的质量也随着彼此螺旋上升而增长
结果不仅是当它们合并时有更多的大质量黑洞，而且还有更多的合并
当研究人员将Virgo处女座的数据与他们的预测进行比较时，他们相当一致
研究合著者、密歇根大学教授格雷戈里·塔莱说:“我不得不说，我一开始不知道该怎么想。”
“这是一个如此简单的想法，我很惊讶它能如此成功
" 根据研究人员的说法，这个新模型很重要，因为它不需要改变我们目前对恒星形成、演化或死亡的理解
新模型和我们目前的数据之间的一致来自于简单地承认现实中的黑洞不存在于静态宇宙中
然而，研究人员小心翼翼地强调，LIGO之谜——处女座的大质量黑洞远未解开
研究合著者、美国宇航局哈勃研究员博士说:“合并黑洞的许多方面还不为人所知，例如占主导地位的形成环境和贯穿其一生的复杂物理过程。”
迈克尔·泽文
“虽然我们使用了反映我们现有数据的模拟恒星数量，但仍有很大的回旋余地
我们可以看到宇宙耦合是一个有用的想法，但是我们还不能测量这种耦合的强度
" 研究合著者和UHānoa物理学和天文学教授Kurtis Nishimura对这一新想法的未来测试表示乐观，“随着引力波观测站在未来十年继续提高灵敏度，数据数量和质量的增加将使新的分析技术成为可能
这将很快得到衡量
"
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