Наблюдения показали, что сегодняшние дыры гораздо больше, чем девять миллиардов лет назад, даже по сравнению с размером их галактик. Пытаясь объяснить масштаб этой аномалии, астрофизики нашли объяснение темной энергии, загадочной силе, заставляющей Вселенную разлетаться на части со все возрастающей скоростью. Источником могут быть черные дыры. Статьи опубликованы в журналах The Astrophysical Journal и The Astrophysical Journal Letters.
Когда астрономы использовали видимую яркость взрывов сверхновых для измерения скорости расширения Вселенной, они ожидали, что она замедляется, и просто хотели посмотреть, насколько сильно. Вместо этого, к своему удивлению, они обнаружили, что оно ускоряется. Незначительная часть физического сообщества по-прежнему не убеждена в этом, но данные подтверждались так много раз, что подавляющее большинство согласны с тем, что ускорение происходит и за это ответственно нечто, называемое темной энергией.
Однако что такое темная энергия, остается загадкой, не говоря уже о том, откуда она берется. Было предпринято множество попыток ответить на этот вопрос – Нобелевская премия гарантирована каждому, кто сделает это ко всеобщему удовлетворению, – но пока ни одна из них не получила широкого распространения. Команда из девяти стран надеется изменить ситуацию с помощью двух новых статей.
Как и первоначальная идентификация темной энергии, их работы стали результатом открытия, которое на самом деле не было в поле зрения исследователей, когда они начинали. «Это действительно удивительный результат», — сказал Дэйв Клементс из Имперского колледжа Лондона. «Мы начали с изучения того, как черные дыры растут с течением времени, и, возможно, нашли ответ на одну из самых больших проблем космологии».
Ключевое препятствие на пути к пониманию темной энергии можно сформулировать в одном вопросе: если существует сила, которая раздвигает Вселенную, почему мы видим, что гравитация притягивает объекты друг к другу? Единственное, что мы знаем о темной энергии, это то, что она применима, по крайней мере сильно, только в очень больших масштабах, поэтому на более близком расстоянии доминируют другие силы.
Таким образом, сверхмассивные черные дыры представляют собой интересный тестовый пример: они поглощают материал с таких огромных расстояний, что мы могли бы увидеть переход между доминированием гравитации и темной энергии, скрытым меньшими объектами.
Рост черной дыры слишком медленный и неустойчивый, чтобы можно было отследить его скорость по тому, что мы видим. Однако, сравнивая массу выборки далеких черных дыр, какими они были миллиарды лет назад, с массами окружающих нас в соседних галактиках, мы можем получить представление о средних темпах роста.
В одной из статей команда сообщает, что масса близлежащих образцов в среднем в семь-двадцать раз превышает массу тех, что наблюдались девять миллиардов лет назад, относительно размера их галактик. Эта скорость роста не соответствует тому, что мы знаем о темпах слияния и потреблении звезд, которые подходят слишком близко, за вычетом испарения из-за радиации Хокинга.
Однако, если черные дыры содержат энергию вакуума, связанную с расширением Вселенной, они будут расти быстрее. Действительно, подсчитали авторы, если сверхмассивные черные дыры в центрах галактик производят темную энергию, то это будет составлять большую часть того, что, по нашему мнению, существует. Остальное, возможно, объясняют звездные черные дыры в галактических дисках и, возможно, гало.
«На самом деле мы говорим две вещи одновременно: есть доказательства того, что типичные решения для черных дыр не работают в течение длительного времени, и что у нас есть первый предложенный астрофизический источник темной энергии», — сказал Дункан Фарра из Гавайского университета. «Однако это означает не то, что другие люди не предлагали источники темной энергии, а то, что это первая наблюдательная статья, в которой мы не добавляем ничего нового во Вселенную как источник темной энергии: черные дыры в теории Эйнштейна. теория гравитации – это темная энергия».
Столь серьезное утверждение, несомненно, подвергнется более пристальному вниманию, чем типичная статья, и авторы признают такую возможность: «Ошибки отбора и измерения недооценены». Они также предлагают некоторые будущие тесты, которые могли бы подтвердить или опровергнуть их теорию. Однако они рассматривают ряд возможных объяснений неожиданного роста, которые они считают маловероятными, оставляя самым сильным соперником возможность существования черных дыр как фабрик темной энергии.
Решающее значение для этого открытия имеет давнее наблюдение о том, что в соседней Вселенной «более массивные черные дыры, как правило, располагаются в более массивных галактиках». Массы черных дыр в этом исследовании сравнивались с массами видимых звезд в галактике, что исключало возможность того, что они выросли в результате большего количества слияний, чем ожидалось, или что команда каким-то образом изучала галактики меньшего размера, существовавшие миллиарды лет назад.
