在过去的 6 年里，引力波天文台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重要预测。但是有一个问题——这些黑洞中的许多都出乎意料地大。现在，来自夏威夷大学马诺阿分校、芝加哥大学和密歇根大学安娜堡分校的一组研究人员针对这个问题提出了一个新的解决方案：黑洞随着宇宙的膨胀而增长。
自 2015 年激光干涉引力波天文台 (LIGO) 首次观测到合并黑洞以来，天文学家一再对其巨大的质量感到惊讶。虽然它们不发光，但通过它们发出的引力波——爱因斯坦广义相对论预测的时空结构中的涟漪——观察到黑洞合并。物理学家最初预计黑洞的质量将小于太阳的 40 倍，因为合并的黑洞来自大质量恒星，如果它们变得太大，它们就无法将自己聚集在一起。
然而，LIGO 和 Virgo 天文台发现了许多质量大于 50 个太阳的黑洞，有些质量达到 100 个太阳。已经提出了许多形成如此大的黑洞的形成场景，但没有一个单一的场景能够解释迄今为止观察到的黑洞合并的多样性，并且对于哪种形成场景的组合在物理上是可行的也没有达成一致意见。这项发表在《天体物理学杂志快报》上的新研究首次表明，大小黑洞的质量都可以由一条路径产生，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。“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要跟踪的东西要少得多，”UH Mānoa 物理和天文学系教授凯文克罗克说。“虽然有一个权衡：预测可能只在有限的时间内是合理的。”
由于 LIGO--Virgo 可检测到的单个事件仅持续几秒钟，因此在分析任何单个事件时，这种简化是明智的。但这些相同的合并可能需要数十亿年的时间。在一对黑洞的形成和它们最终合并之间的时间里，宇宙深刻地成长。如果仔细考虑爱因斯坦理论中更微妙的方面，就会出现一个惊人的可能性：黑洞的质量可能与宇宙同步增长，克罗克和他的团队将这种现象称为宇宙耦合。
宇宙学耦合材料最著名的例子是光本身，它随着宇宙的增长而失去能量。“我们想考虑相反的影响，”研究合著者、UH Mānoa 物理学和天文学教授 Duncan Farrah 说。“如果黑洞在宇宙学上耦合并获得能量而不需要消耗其他恒星或气体，LIGO-Virgo 会观察到什么?
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