Источником темной энергии могут быть черные дыры

Наблюдения за сверхмассивными черными дырами в центрах галактик указывают на вероятный источник темной энергии — 70% «не хватающей» Вселенной.

Об этом рассказывают в Имперском колледже Лондона, передают OstanniPodii.com.

Измерения, проведенные в древних и спящих галактиках, показывают, что черные дыры растут больше, чем ожидалось, что соответствует явлению, предсказанному теорией гравитации Эйнштейна. Результат потенциально означает, что в нашу картину Вселенной не нужно добавлять ничего нового, чтобы объяснить темную энергию: черные дыры в сочетании с гравитацией Эйнштейна являются ее источником.

К такому выводу пришла группа из 17 исследователей из девяти стран, возглавляемая Гавайским университетом, в которую вошли физики Имперского колледжа Лондона и космического департамента (RAL Space) Совета научно-технических учреждений (STFC).

Работа опубликована в двух статьях в журналах The Astrophysical Journal и The Astrophysical Journal Letters.

Соавтор исследования доктор Дэйв Клементс с кафедры физики Имперского колледжа отметил: «Это действительно удивительный результат. Мы начали с изучения того, как черные дыры растут со временем, и, возможно, нашли ответ на одну из самых больших проблем в космологии».

Соавтор исследования доктор Крис Пирсон из STFC RAL Space подчеркнул: «Если теория подтвердится, то это произведет революцию во всей космологии, потому что наконец-то мы получили решение проблемы происхождения темной энергии, которая озадачивала космологов и физиков-теоретиков более 20 лет».

Гравитация против темной энергии

В 1990-х годах было обнаружено, что расширение Вселенной ускоряется — все отдаляется от всего остального все быстрее и быстрее. Это трудно объяснить — гравитационное притяжение между всеми объектами во Вселенной должно было бы замедлять расширение.

Чтобы объяснить это явление, было предложено предположить, что "темная энергия" ответственна за раздвигание объектов сильнее, чем гравитация. Это было связано с концепцией, предложенной Эйнштейном, но позже отвергнутой, - "космологической постоянной", которая противостоит гравитации и удерживает Вселенную от коллапса.

Эта концепция была возрождена с открытием ускоренного расширения Вселенной, основным компонентом которого является вид энергии, включенный в само пространство-время, называемый энергией вакуума. Эта энергия все больше расталкивает Вселенную, ускоряя расширение.

Однако черные дыры представляют собой проблему — их чрезвычайно сильной гравитации трудно противостоять, особенно в их центрах, где все, кажется, разрушается в явлении, называемом "сингулярностью".

Новые результаты показывают, что черные дыры набирают массу таким образом, что они содержат энергию вакуума, обеспечивая источник темной энергии и устраняя необходимость образования сингулярностей в их центре.

Страдания черных дыр при росте

Вывод был сделан на основе изучения девяти миллиардов лет эволюции черных дыр. Черные дыры образуются, когда массивные звезды подходят к концу своей жизни. Когда они находятся в центрах галактик, их называют сверхмассивными черными дырами. Они содержат в сравнительно небольшом пространстве массу, которая в миллионы и миллиарды раз превышает массу нашего Солнца, создавая чрезвычайно сильную гравитацию.

Черные дыры могут увеличиваться в размерах за счет присоединения материи, например, путем поглощения слишком близко расположенных звезд, или вследствие слияния с другими черными дырами. Чтобы выяснить, могут ли только эти эффекты объяснить рост сверхмассивных черных дыр, группа исследователей изучила данные за 9 миллиардов лет.

Исследователи рассмотрели особый тип галактик, называемых гигантскими эллиптическими галактиками, которые развивались на ранних этапах Вселенной, а затем стали спящими. Спящие галактики закончили формирование звезд, оставив мало материала для аккреции черной дырой в их центре, что означает, что любой дальнейший рост не может быть объяснен этими обычными астрофизическими процессами.

Сравнение наблюдений за далекими галактиками (когда они были молодыми) и локальными эллиптическими галактиками (старыми и мертвыми) показало, что их рост гораздо больше, чем предполагается аккрецией или слиянием: современные черные дыры в 7-20 раз больше, чем девять миллиардов лет назад.

Космологическая связь

Дальнейшие измерения с родственными популяциями галактик в разные моменты эволюции Вселенной показали хорошее согласование между размером Вселенной и массой черных дыр. Это показывает, что измеренное количество темной энергии во Вселенной может быть объяснено энергией вакуума черных дыр.

Это первое наблюдательное доказательство того, что черные дыры действительно содержат энергию вакуума и что они "связаны" с расширением Вселенной, увеличивая свою массу по мере расширения Вселенной — явление, называемое "космологической связью". Если дальнейшие наблюдения подтвердят это, космологическая связь изменит наше понимание того, что такое черная дыра.

Измерение силы связи k путем сравнения масс черных дыр в 5 различных коллекциях древних эллиптических галактик с массами черных дыр в эллиптических галактиках сегодня. Измерения сгруппировались вокруг k = 3, что означает, что черные дыры содержат энергию вакуума вместо сингулярности. Credit: Farrah, et al. 2023 [the ApJ Letter]

Первый автор исследования Дункан Фарра, астроном Гавайского университета и бывший аспирант Имперского колледжа, отметил: «На самом деле мы говорим о двух вещах одновременно: есть свидетельство того, что типичные решения для черных дыр не работают для вас в очень-очень длинном временном масштабе, и у нас есть первый предполагаемый астрофизический источник темной энергии».

«Однако это означает не то, что другие люди не предлагали источники темной энергии, а то, что это первая наблюдательная работа, в которой мы не добавляем ничего нового во Вселенную как источник темной энергии: черные дыры в теории гравитации Эйнштейна и являются темной энергией».

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.