По мнению астрономов, черные дыры могут объяснить таинственную форму энергии, из которой состоит большая часть Вселенной. Существование «темной энергии» было выведено из наблюдений за звездами и галактиками, но никто не смог объяснить, что это такое и откуда оно берется.
Вещество или материя, из которых состоит привычный мир вокруг нас, составляют всего 5% всего во Вселенной. Еще 27% составляют темная материя, теневой аналог обычной материи, которая не излучает, не отражает и не поглощает свет. Однако большая часть космоса — около 68% — это темная энергия.
Новые доказательства того, что черные дыры могут быть источником темной энергии, описаны в научной статье, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters. Исследование — работа 17 астрономов из девяти стран, возглавляемая Гавайским университетом. В сотрудничестве участвовали исследователи из Великобритании, базирующиеся в STFC RAL Space, Открытом университете и Имперском колледже Лондона.
Просматривая данные, охватывающие девять миллиардов лет космической истории, астрономы обнаружили первое свидетельство «космологической связи» , что означает, что рост черных дыр с течением времени связан с расширением самой Вселенной.
Идея о том, что черные дыры могут содержать что-то, называемое энергией вакуума (проявление темной энергии), не особенно нова и фактически обсуждалась теоретически еще в 1960-х годах. Но эта последняя работа предполагает, что эта энергия (и, следовательно, масса черных дыр) будет увеличиваться со временем, поскольку Вселенная расширяется в результате космологической связи.
Команда подсчитала, какая часть темной энергии во Вселенной может быть связана с этим процессом. Они обнаружили, что черные дыры потенциально могут объяснить общее количество темной энергии, которое мы измеряем сегодня во Вселенной. Результат может решить одну из самых фундаментальных проблем современной космологии.
Наша Вселенная началась в результате Большого взрыва около 13,7 миллиардов лет назад. Энергия этого взрыва пространства и времени заставила Вселенную быстро расширяться, и все галактики разлетались друг от друга. Однако мы ожидаем, что это расширение будет постепенно замедляться из-за воздействия гравитации на все вещества в космосе.
Это версия Вселенной, в которой мы думали, что живем до конца 1990-х годов, когда космический телескоп Хаббл обнаружил что-то странное. Наблюдения за далекими взрывающимися звездами показали, что в прошлом Вселенная на самом деле расширялась медленнее, чем сегодня.
Так что расширение Вселенной не замедляется из-за гравитации, как все думали, а ускоряется. Это было очень неожиданно, и астрономы изо всех сил пытались это объяснить.
Чтобы объяснить это, было высказано предположение, что «темная энергия» отвечает за более сильное раздвигание вещей, чем гравитация сближает их. Концепция темной энергии была очень похожа на математическую конструкцию, предложенную Эйнштейном, но позже отвергнутую, — «космологическую постоянную», противодействующую гравитации и удерживающую вселенную от коллапса.
Но что такое темная энергия? Решение, похоже, может заключаться в другой космической загадке: черных дырах. Черные дыры обычно рождаются, когда массивные звезды взрываются и умирают в конце своей жизни. Гравитация и давление в этих сильных взрывах сжимают огромное количество материала в маленьком пространстве. Например, звезда примерно такой же массы, как наше Солнце, будет раздавлена на пространстве всего в несколько десятков километров.
Гравитационное притяжение черной дыры настолько сильно, что даже свет не может вырваться из нее — все засасывается. В центре черной дыры находится место, называемое сингулярностью, где материя сжимается в точку бесконечной плотности. Проблема в том, что сингулярности — это математическая конструкция, которой не должно быть.
Черные дыры, расположенные в центрах галактик, намного крупнее тех, которые рождаются, когда звезды насильственно умирают. Эти галактические «сверхмассивные» черные дыры могут весить в миллионы и миллиарды раз больше массы нашего Солнца.
Все черные дыры увеличиваются в размерах, накапливая материю, поглощая звезды, которые подходят слишком близко, или сливаясь с другими черными дырами. Поэтому мы ожидаем, что они будут становиться больше по мере взросления Вселенной.
В последней статье команда рассмотрела сверхмассивные черные дыры в центрах галактик и обнаружила, что эти черные дыры набирают массу в течение миллиардов лет.
Команда сравнила наблюдения эллиптических галактик, в которых отсутствует звездообразование, в прошлом и в настоящее время. Эти мертвые галактики израсходовали все свое топливо, поэтому любое увеличение массы их черных дыр за это время нельзя объяснить нормальными процессами роста черных дыр путем накопления вещества.
Вместо этого команда предположила, что эти черные дыры на самом деле содержат энергию вакуума и что они «связаны» с расширением Вселенной, так что их масса увеличивается по мере расширения Вселенной.
Эта модель аккуратно обеспечивает возможное происхождение темной энергии во Вселенной. Это также позволяет обойти математические проблемы, которые затрагивают некоторые исследования черных дыр, поскольку устраняет необходимость в сингулярности в центре.
Команда также подсчитала, какая часть темной энергии во Вселенной может быть связана с этим процессом соединения. Они пришли к выводу, что черные дыры могут обеспечивать необходимое количество энергии вакуума, чтобы объяснить всю темную энергию, которую мы измеряем сегодня во Вселенной.
Это не только объяснило бы происхождение темной энергии во Вселенной, но и заставило бы нас радикально переосмыслить наше понимание черных дыр и их роли в космосе.
Необходимо проделать гораздо больше работы, чтобы проверить и подтвердить эту идею, как из наблюдений за небом, так и из теории. Но, возможно, мы, наконец, увидим новый способ решения проблемы темной энергии.
