‎เว็บตรง หลุมดําอาจเติบโตเมื่อจักรวาลขยายตัว‎

‎เว็บตรง หลุมดําอาจเติบโตเมื่อจักรวาลขยายตัว‎

‎ โดย ‎‎ ‎‎ ‎‎Ben Turner‎‎ ‎‎ ‎‎ เผยแพร่เมื่อ ‎‎15 พฤศจิกายน 2021‎

‎สมมติฐานใหม่ชี้ให้เห็นว่าการขยายตัวของจักรวาลอาจทําให้วัตถุวัสดุทั้งหมดเติบโตเป็นมวล‎

An artist’s depiction of the IC 10 X-1 system, a black hole lurks in the upper left corner.

‎ภาพของศิลปินเกี่ยวกับระบบ IC 10 X-1 หลุมดําซุ่ม เว็บตรง ซ่อนอยู่ที่มุมซ้ายบน‎‎ ‎‎(เครดิตภาพ: คลังประวัติสากล / กลุ่มภาพสากลผ่าน Getty Images)‎หลุมดํา‎‎ของจักรวาลมีขนาดใหญ่กว่านักดาราศาสตร์คาดว่าพวกเขาจะเป็น ตอนนี้การศึกษาใหม่ชี้ให้เห็น

ว่าทําไม: ทุกหลุมดําเดียวอาจเติบโตเมื่อจักรวาลขยายตัว‎

‎สมมติฐานใหม่ที่เรียกว่า “การมีเพศสัมพันธ์ทางจักรวาลวิทยา” แย้งว่าเมื่อจักรวาลขยายออกไปด้านนอกหลังจาก‎‎บิ๊กแบง‎‎วัตถุทั้งหมดที่มีมวลเติบโตด้วย และหลุมดําเป็นบางส่วนของวัตถุที่มีขนาดใหญ่ที่สุดที่มีอยู่เติบโตมากที่สุด ‎‎สมมติฐานนี้เกิดจากระลอกแรงโน้มถ่วงในอวกาศเวลาที่เกิดขึ้นเมื่อหลุมดําขนาดใหญ่สองหลุมถูกล็อคในวงโคจรเกลียวเข้าด้านในและชนกัน ตั้งแต่ปี 2015 นักวิทยาศาสตร์ที่หอดูดาวคลื่นความโน้มถ่วงด้วยเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ (LIGO) และ Virgo interferometer ซึ่งออกแบบมาเพื่อตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงเหล่านี้ได้สังเกตเห็นการควบรวมกิจการหลุมดําเหล่านี้จํานวนมาก ‎

‎ที่เกี่ยวข้อง: ‎‎9 การค้นพบอวกาศมหากาพย์ที่คุณอาจพลาดในปี 2020‎

‎แต่คลื่นมีความลึกลับ จากการกระจายขนาดโดยประมาณของดาวฤกษ์ในจักรวาลหลุมดําควรมีมวลน้อยกว่าประมาณ 40 เท่าของมวลของดวงอาทิตย์ แต่ข้อมูลที่นํามาจากคลื่นความโน้มถ่วงเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าหลุมดําจํานวนมากมีมากกว่า 50 มวลแสงอาทิตย์และบางวิธี 100 มวลแสงอาทิตย์ ‎

‎คําอธิบายทั่วไปสําหรับความไม่ตรงกันนี้คือหลุมดําเติบโตเมื่อเวลาผ่านไปโดยการกลืนก๊าซฝุ่นดาวและแม้แต่หลุมดําอื่น ๆ แต่เนื่องจากหลุมดํามักก่อตัวขึ้นหลังจากการระเบิดของดาวฤกษ์ยักษ์ที่เรียกว่าซูเปอร์โนวาหลุมดําจํานวนมากจึงเกิดขึ้นในภูมิภาคของอวกาศโดยไม่มีวัสดุนี้ นักดาราศาสตร์ได้แนะนําคําอธิบายทางเลือก แต่ทั้งหมดเสนอการเปลี่ยนแปลงที่มองไม่เห็นต่อความเข้าใจในปัจจุบันของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับวงจรชีวิตของดาว และไม่มีใครสามารถอธิบายความหลากหลายของขนาดส่ายของหลุมดํารวมที่หอดูดาวคลื่นความโน้มถ่วงได้ตรวจพบ ‎

‎บทความใหม่, ตีพิมพ์พ.ย. 3 ใน ‎‎จดหมายบันทึกดาราศาสตร์‎‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎‎เสนอคําอธิบายของทั้ง

มวลหลุมดําขนาดใหญ่และขนาดเล็ก: มวลบอลลูนของหลุมดําไม่ได้เป็นผลมาจากสิ่งที่พวกเขากิน แต่ถูกผูกไว้กับการขยายตัวของจักรวาลเอง ‎‎นี่จะหมายความว่าหลุมดําทั้งหมดของจักรวาล – รวมถึงหลุมดํารวมที่ตรวจพบในการทดลองคลื่นความโน้มถ่วงหลุมดําที่หลงทางที่ชานเมืองของ‎‎กาแลคซีของเรา‎‎และแม้แต่หลุมดํามวลยวดยิ่งที่ศูนย์กลางของ‎‎กาแลคซี‎‎ส่วนใหญ่ – กําลังเติบโตเมื่อเวลาผ่านไป ‎

‎ในการตรวจสอบสมมติฐานของพวกเขานักวิจัยเลือกที่จะจําลองการรวมสีดําสองตัวในจักรวาลที่กําลังเติบโตแทนที่จะเป็นจักรวาลคงที่ทีมวิจัยอื่น ๆ ที่สร้างขึ้นเพื่อความซับซ้อนของสมการที่ซับซ้อน (มาจากทฤษฎี‎‎สัมพัทธภาพ‎‎ทั่วไปของ‎‎ไอน์สไตน์‎‎) ที่ให้รากฐานสําหรับแบบจําลองการควบรวมหลุมดํา‎

‎มันใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาทีสําหรับสองหลุมดําเกลียวที่จะรวมดังนั้นสมมติว่าจักรวาลคงที่ในช่วงระยะเวลาสั้น ๆ ที่ว่าการทํางานที่ผ่านมาได้ทําดูเหมือนว่าสมเหตุสมผล แต่นักวิจัยไม่เห็นด้วยพวกเขากล่าวว่าถ้านักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าจักรวาลคงที่ในรูปแบบของพวกเขาพวกเขาอาจตัดสินการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นกับหลุมดําทั้งสองในช่วงหลายพันล้านปีที่มีอยู่ก่อนที่จะถึงจุดชนกัน‎

‎”มันเป็นสมมติฐานที่ทําให้สมการของไอน์สไตน์ง่ายขึ้น เพราะจักรวาลที่ไม่เติบโตมีน้อยมากที่จะติดตาม” ‎‎กล่าวในแถลงการณ์‎‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎‎. “มีการแลกเปลี่ยน, แม้ว่า: การคาดการณ์อาจจะสมเหตุสมผลสําหรับระยะเวลาที่ จํากัด ของเวลา.”‎

‎โดยการจําลองดาวหลายล้านคู่ – ตั้งแต่แรกเกิดจนถึงความตาย – นักวิจัยสามารถศึกษาดาวที่เสียชีวิตเพื่อสร้างหลุมดําที่จับคู่และเชื่อมโยงว่าพวกเขาเติบโตตามสัดส่วนของการขยายตัวของจักรวาล หลังจากเปรียบเทียบการคาดการณ์บางอย่างที่ทําโดยจักรวาลแบบจําลองที่พวกเขาเติบโตขึ้นด้วยข้อมูล LIGO-Virgo นักวิจัยรู้สึกประหลาดใจที่เห็นว่าพวกเขาเข้ากันได้ดี‎

‎”ผมต้องบอกว่า ผมไม่รู้จะคิดยังไงในตอนแรก” เกรกอรี่ ทาร์เล ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยมิชิแกน ‎‎กล่าวในแถลงการณ์‎‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎‎. “มันเป็นความคิดที่เรียบง่ายมากฉันรู้สึกประหลาดใจที่มันทํางานได้ดีมาก”‎

‎สมมติฐานอาจฟังดูแปลกประหลาด แต่การมีเพศสัมพันธ์ทางจักรวาลวิทยามีอยู่ที่อื่นในฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดของเรื่องนี้อาจเป็น “การเลื่อนสีแดง” ซึ่งวัตถุที่เคลื่อนที่ออกไปมีแสงยืดออกไปให้ยาวขึ้น (และดังนั้นความยาวคลื่นสีแดง)‎ เว็บตรง