Чёрные дыры, которые образуются в «обратных воспроизведениях Большого взрыва», могут быть источником тёмной энергии

Новое исследование предполагает, что по мере того, как в «маленьких обратных воспроизведениях Большого взрыва» в космосе, которому 14,6 миллиарда лет, рождалось все больше черных дыр, сила темной энергии возрастала и продолжает расти по сей день.

Тёмная энергия — это условное название, данное таинственной силе, которая ускоряет расширение Вселенной в нынешнюю эпоху. Это вызывает беспокойство, потому что учёные не имеют представления о том, что такое тёмная энергия, однако она доминирует в нашей Вселенной, составляя около 70% космического бюджета материи/энергии. Однако так было не всегда. До эпохи, когда доминировала тёмная энергия, материя и гравитация управляли Вселенной и почти остановили её первоначальное расширение, вызванное Большим взрывом. Затем, около 5 миллиардов лет назад, тёмная энергия совершила свой космический переворот, снова «запустив» расширение Вселенной. Проблема в том, что никто не знает, откуда она взялась и как произошёл переход от материи к тёмной энергии.

Чтобы разгадать эту загадку, группа учёных задалась вопросом: где во Вселенной сегодня гравитация так же сильна, как в начале её существования? Ответ находится в центре чёрных дыр. Таким образом, учёные определили, что чёрные дыры могут быть «космически связаны» с тёмной энергией.

«Согласно гипотезе космологической связи, чёрные дыры связаны с расширяющейся Вселенной и наполнены тёмной энергией, которая растёт по мере расширения Вселенной, — сказал член исследовательской группы Грегори Тарле, профессор физики Мичиганского университета, в интервью — Это новое открытие подтверждает, что чёрные дыры, связанные космологически, вполне могут быть тёмной энергией Вселенной».

Тарле говорит, что это может быть связано с тем, что когда чёрная дыра образуется в результате смерти и гравитационного коллапса другой чёрной дыры, это похоже на Большой взрыв в обратном направлении. Во время этого процесса материя массивной звезды, из которой образуется чёрная дыра, становится тёмной энергией в результате полного гравитационного коллапса.

Если чёрные дыры содержат тёмную энергию, то, по мнению команды, они могут взаимодействовать с материей Вселенной и ускорять её расширение. У них пока нет подробностей о том, как это происходит, но есть доказательства, что это действительно происходит.

Суть тайны кроется в самих черных дырах

Это уже вторая публикация команды, посвящённая космологической связи между чёрными дырами и тёмной энергией.

«Первое исследование, которое мы опубликовали в феврале 2024 года, показало влияние расширяющейся Вселенной на рост сверхмассивных чёрных дыр в пассивно эволюционирующих эллиптических галактиках, — сказал Тарле. — Если бы все чёрные дыры росли таким образом, они в совокупности могли бы объяснить плотность тёмной энергии во Вселенной сегодня».

Для этого нового исследования они обратились к данным, полученным с помощью спектроскопического прибора для изучения тёмной энергии (DESI). Он состоит из 5000 роботизированных глаз, установленных на телескопе Мэйолл в Национальной обсерватории Китт-Пик. DESI исследует десятки миллионов галактик и квазаров, чтобы создать трёхмерную карту Вселенной на расстоянии 11 миллиардов световых лет.

DESI произвела фурор своими данными за первый год пятилетней программы, предположив, что плотность тёмной энергии во Вселенной меняется.

«Принято считать, что тёмная энергия — это свойство пространства и что она, следовательно, однородна и имеет постоянную плотность. DESI только что предоставил убедительные доказательства того, что плотность тёмной энергии не постоянна — она меняется со временем, — сказал Тарле. — Эта теория взаимодействия обеспечивает возможный физический механизм для такого изменения».

Команда учёных сравнила данные DESI об изменении тёмной энергии с количеством чёрных дыр, образовавшихся в результате гибели массивных звёзд на протяжении всей космической истории. Это показало, что по мере того, как образовывалось больше чёрных дыр, содержание тёмной энергии во Вселенной увеличивалось. Это означает, что связь между тёмной энергией и чёрными дырами по крайней мере правдоподобна.

Показывая изменение плотности тёмной энергии, выявленное по данным DESI за первый год работы, которое можно объяснить образованием чёрных дыр из тяжёлых звёзд в период пика звездообразования, команда получила экспериментальное подтверждение своей теории.

«Демонстрация того, как рост плотности тёмной энергии отслеживает образование и рост чёрных дыр в расширяющейся Вселенной, — это независимое наблюдение, которое дополняет наблюдение за ростом чёрных дыр по мере расширения Вселенной», — продолжил Тарле.

Хотя исследователь из Мичиганского университета и его коллеги ещё не готовы объяснить, как связаны тёмная энергия и тёмная материя, Тарле готов поделиться своими предположениями.

«В очень ранней Вселенной, когда гравитация была очень сильной, одна из форм тёмной энергии вызвала экспоненциальное расширение Вселенной. В результате какого-то неизвестного процесса эта энергия превратилась в материю современной Вселенной, — объяснил Тарле. — Вполне возможно, что в центре чёрных дыр, единственном месте в современной Вселенной, где гравитация так же сильна, как во время инфляции, материя превращается в тёмную энергию в результате обратного процесса».

По словам Тарле, прелесть этой теории в том, что она не только помогает объяснить тёмную энергию и то, откуда она взялась, но и помогает решить давнюю проблему в науке о чёрных дырах.

В настоящее время в центре чёрных дыр, по крайней мере в теории, существует сингулярность — точка, в которой уравнения теории гравитации Эйнштейна и общей теории относительности стремятся к бесконечности и, следовательно, вся физика перестаёт работать. Космологическая связь тёмной энергии и чёрных дыр устраняет эту сингулярность.

«Дополнительным преимуществом нашей теории является то, что она предлагает механизм, позволяющий избежать центральной сингулярности, — добавил Тарле. — Эйнштейн никогда не верил в сингулярность в центре чёрных дыр и считал, что это свидетельствует о несостоятельности его теории».

Тарле объяснил, что эта работа может развиваться по нескольким возможным направлениям. Он добавил, что команда может предпринять множество «следующих шагов». Среди них — проверка результатов, когда DESI опубликует данные за следующие 3 года, что ожидается в течение нескольких месяцев.

Исследователи также попытаются понять, как распределяются во Вселенной чёрные дыры с космологической связью, и разработают «внутреннее решение» для чёрных дыр с космологической связью.

«По сути, вопрос о том, являются ли чёрные дыры тёмной энергией, связанной со Вселенной, в которой они обитают, перестал быть просто теоретическим вопросом, — заключил Тарле. — Теперь это экспериментальный вопрос».

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2024/10/094

Источник: iopscience.iop.org

Комментарии: