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
