暗能量隱藏在宇宙的新位置──空洞之中的奇特物體

作者 | 發布日期 2020 年 09 月 07 日 13:58 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


天文學家已經知道宇宙正在加速膨脹 20 年有餘,但物理學機制仍是個謎。現在美國夏威夷大學馬諾阿主校團隊提出一個新理論,認為導致宇宙加速增長的暗能量,可能就藏在散布整個星系空隙中的大量緻密物體。

1998 年時,兩個天體物理學家團隊各自得出宇宙膨脹速度正在加快的結論,讓宇宙變得更陌生。科學家將背後驅動力賦予「暗能量」解釋,據計算,暗能量約占宇宙 68% 質能,但我們仍不知道暗能量到底是什麼。

1960 年代中期物理學家首先提出一個假設,暗能量可能潛伏在稱為 GEODE(Generic Objects of Dark Energy)的物體中,這種物體也來自恆星坍塌,對外部觀察者而言,這些奇特物體看起來非常像黑洞,但不同的是黑洞含重力奇點,而 GEODE 由暗能量組成,有一個旋轉層圍繞著暗能量核心,不會「破壞」愛因斯坦方程。

現在夏威夷大學馬諾阿主校團隊發表一篇新研究,嘗試解釋 GEODE 可能如何加速宇宙膨脹、我們在哪裡可以找到它們。

研究人員發現,GEODE 周圍的旋轉層決定它們如何相對移動,如果外層旋轉緩慢,GEODE 會比黑洞更迅速聚在一起(透過宇宙膨脹本身獲得質量,令人費解);但如果外層旋轉速度接近光速,則 GEODE 就會開始相互排斥,這種作用可能很大程度推動了宇宙膨脹加速。

團隊以愛因斯坦方程為前提,假設許多最古老恆星(誕生於宇宙當前年齡的 2% 內)在死亡後塌縮形成 GEODE,當這些 GEODE 以其他恆星和豐富的星際氣體為食時開始高速旋轉,一旦轉得夠快,GEODE 的相互排斥力便促使它們保持「社交距離」,進入宇宙空洞區域(纖維狀結構之間的空間)。

如此一來,GEODE 既不會干擾宇宙微波背景輻射(因為 GEODE 在輻射產生後幾億年才形成),也不會像黑洞一樣與常規物質作用而可能破壞當今星系(因為它們進入宇宙空洞三不管地帶),還能解釋為何宇宙會加速膨脹。

當然,理論是一回事,搜索實際證據又是另一回事,目前很難有儀器可以證明 GEODE 存在,即使利用重力波觀察,GEODE 也會因為很像黑洞而難以區別。如果沒有可以直接檢測出不同於 LIGO、Virgo 特徵的儀器,基本上無法分辨出 GEODE,我們只能猜測它們就在宇宙空洞結構裡。

新論文發表在《天文物理期刊》(Astrophysical Journal)。

(首圖來源:夏威夷大學馬諾阿主校