На думку астрономів , чорні діри можуть пояснити таємничу форму енергії, яка становить більшу частину Всесвіту.
На основі спостережень за зірками та галактиками було зроблено висновок про існування «темної енергії» , але ніхто не зміг пояснити, що це таке або звідки вона береться.
Речовина, або речовина, з якої складається звичний світ навколо нас, становить лише 5 відсотків усього у Всесвіті. Ще 27 відсотків становить темна матерія , тіньовий аналог звичайної матерії, яка не випромінює, не відбиває і не поглинає світло. Однак більша частина космосу – близько 68 відсотків – це темна енергія .
Нові докази того, що чорні діри можуть бути джерелом темної енергії, описані в науковій статті, опублікованій в The Astrophysical Journal Letters .
У дослідженні взяли участь 17 астрономів із дев’яти країн під керівництвом Гавайського університету. У співпраці брали участь дослідники з Великої Британії зі STFC RAL Space, Відкритого університету та Імперського коледжу Лондона.
Шукаючи дані, що охоплюють дев’ять мільярдів років космічної історії, астрономи знайшли перші докази «космологічного зв’язку» , що означає, що зростання чорних дір з часом пов’язане з розширенням самого Всесвіту.
Ідея про те, що чорні діри можуть містити щось, що називається енергією вакууму (прояв темної енергії), не є особливо новою і фактично обговорювалася теоретично ще в 1960-х роках.
Але ця остання робота припускає, що ця енергія (і, отже, маса чорних дір) буде збільшуватися з часом, коли Всесвіт розширюється в результаті космологічного зв’язку.
Команда підрахувала, скільки темної енергії у Всесвіті можна віднести до цього процесу. Вони виявили, що чорні діри потенційно можуть пояснити загальну кількість темної енергії, яку ми сьогодні вимірюємо у Всесвіті.
Результат може вирішити одну з найбільш фундаментальних проблем сучасної космології.
Швидке розширення
Наш Всесвіт виник під час Великого вибуху близько 13,7 мільярда років тому. Енергія від цього вибуху простору та часу спричинила швидке розширення Всесвіту, коли всі галактики відлітали одна від одної.
Однак ми очікуємо, що це розширення поступово сповільниться через вплив гравітації на все у космосі.
Це версія Всесвіту, в якій ми думали, що живемо до кінця 1990-х років, коли космічний телескоп Хаббла виявив щось дивне. Спостереження далеких зірок, що вибухають, показали, що в минулому Всесвіт насправді розширювався повільніше, ніж сьогодні.
Отже, розширення Всесвіту не сповільнювалося через гравітацію, як усі думали, а натомість прискорювалося. Це було дуже несподівано, і астрономи не могли це пояснити.
Щоб пояснити це, було припущено, що «темна енергія» була відповідальна за розштовхування речей сильніше, ніж гравітація.
Концепція темної енергії була дуже схожа на математичну конструкцію, яку запропонував Ейнштейн, але пізніше відкинув – «космологічна константа» , яка протистояла гравітації та утримувала Всесвіт від колапсу.
Зоряні вибухи
Але що таке темна енергія? Розгадка, схоже, може полягати в іншій космічній таємниці: чорних дірах. Чорні діри зазвичай народжуються, коли масивні зірки вибухають і гинуть наприкінці свого життя .
Сила тяжіння та тиск у цих сильних вибухах стискає величезну кількість матеріалу в невеликому просторі. Наприклад, зірка приблизно такої ж маси, як наше Сонце, була б роздавлена в просторі лише кілька десятків кілометрів.
Гравітаційне тяжіння чорної діри настільки сильне, що навіть світло не може вирватися з неї – все всмоктується. У центрі чорної діри є місце, яке називається сингулярністю, де матерія подрібнюється в точку нескінченної щільності.
Проблема в тому, що сингулярності — це математична конструкція, яка не повинна існувати.
Чорні діри, розташовані в центрах галактик, набагато більші за ті, що народжуються, коли зірки жорстоко гинуть. Ці галактичні «надмасивні» чорні діри можуть важити в мільйони до мільярдів мас нашого Сонця.
Усі чорні діри збільшуються в розмірах, накопичуючи речовину, поглинаючи зірки, які наближаються надто близько, або зливаючись з іншими чорними дірами. Тож ми очікуємо, що вони будуть збільшуватися, коли Всесвіт старітиме.
В останній статті команда досліджувала надмасивні чорні діри в центрах галактик і виявила, що ці чорні діри набирають масу протягом мільярдів років.
Радикальне переосмислення
Команда порівняла спостереження еліптичних галактик , у яких відсутній процес утворення зірок, у минулому та сьогодні.
Ці мертві галактики витратили все своє паливо, тому будь-яке збільшення маси їхньої чорної діри за цей час не можна віднести до нормальних процесів, за допомогою яких чорні діри ростуть шляхом накопичення матерії.
Замість цього команда припустила, що ці чорні діри насправді містять енергію вакууму і що вони «пов’язані» з розширенням Всесвіту, так що їх маса збільшується в міру розширення Всесвіту.
Ця модель точно визначає можливе походження темної енергії у Всесвіті. Це також обходить математичні проблеми, які впливають на деякі дослідження чорних дір, оскільки уникає потреби в сингулярності в центрі.
Команда також підрахувала, скільки темної енергії у Всесвіті можна віднести до цього процесу зчеплення. Вони прийшли до висновку, що чорні діри могли б забезпечити необхідну кількість енергії вакууму, щоб врахувати всю темну енергію, яку ми вимірюємо у Всесвіті сьогодні.
Це не тільки пояснило б походження темної енергії у Всесвіті, але й змусило б нас радикально переглянути наше розуміння чорних дір та їхньої ролі у космосі.
Потрібно ще багато працювати, щоб перевірити та підтвердити цю ідею як на основі спостережень за небом, так і на основі теорії. Але ми можемо нарешті побачити новий спосіб вирішення проблеми темної енергії.
