Темна енергія — таємнича форма речовини, яка складає 70% маси Всесвіту, яку не треба плутати з темною матерією. На відміну від останньої, вона не проявляє себе навіть гравітаційним впливом, тільки через розширення Всесвіту. Проте нещодавно вчені припустили, що ця загадкова річ може бути пов’язана з чорними дірами.
Темна енергія та чорні діри
Майже 14 млрд років тому, на самому початку Великого вибуху, таємнича енергія спричинила експоненціальне розширення молодого Всесвіту і створила всю відому нам матерію, згідно з панівною теорією інфляційного Всесвіту.
Ця давня енергія мала ключові риси темної енергії сучасного Всесвіту, яка є найбільшою загадкою нашого часу, принаймні за одним об’єктивним стандартом: вона становить до 70% його маси, але вчені не знають точно, що це таке.
«Якщо ви поставите собі питання: «Де в пізнішому Всесвіті ми бачимо гравітацію настільки ж сильну, як на початку Всесвіту?», то відповідь буде: в центрі чорних дір», — сказав Грегорі Тарле, професор фізики Мічиганського університету і співавтор нового дослідження, присвяченого цій загадці.
Цілком можливо, що те, що сталося під час інфляції, відбувається у зворотному напрямку: матерія масивної зорі знову стає темною енергією під час гравітаційного колапсу — як маленький Великий вибух, зіграний у зворотному напрямку.
У новому дослідженні, опублікованому в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Тарле та його колеги з п’яти інститутів підкріплюють аргументи на користь цього сценарію останніми даними Спектроскопічного приладу темної енергії (DESI). DESI складається з 5000 роботизованих очей, встановлених на телескопі Мейолл в Національній обсерваторії Кітт Пік.
Дані першого року запланованого п’ятирічного дослідження DESI свідчать про те, що густина темної енергії зростає з часом. За словами дослідників, це дає переконливий доказ на користь того, що таке темна енергія, тому що це збільшення з часом узгоджується з тим, як кількість і маса чорних дір збільшувалися з часом.
Дослідження чорних дір за допомогою інструменту DESI
Щоб знайти докази існування темної енергії від чорних дір, команда використовувала десятки мільйонів далеких галактик, виміряних DESI. Інструмент зазирає на мільярди років у минуле і збирає дані, які можна використати для визначення швидкості розширення Всесвіту з надзвичайною точністю. У свою чергу, ці дані можуть бути використані для того, щоб зробити висновок про те, як кількість темної енергії змінюється з часом.
Команда порівняла ці дані з тим, скільки чорних дір утворювалося в результаті загибелі великих світил впродовж історії Всесвіту.
«Ці два явища узгоджуються одне з одним — оскільки нові чорні діри утворювалися в результаті загибелі масивних зір, кількість темної енергії у Всесвіті збільшувалася у правильному напрямку, — сказав Дункан Фарра, доцент фізики Гавайського університету і співавтор дослідження. — Це робить більш правдоподібним, що чорні діри є джерелом темної енергії».
Це дослідження доповнює зростаючий масив літератури, що вивчає можливість космологічного зв’язку в чорних дірах. У дослідженні 2023 року, в якому брали участь багато авторів цієї статті, повідомлялося про космологічний зв’язок у надмасивних чорних дірах у галактичних центрах. Звіт 2023 року заохотив інші команди шукати цей ефект у чорних дірах в усіх різних місцях, де їх можна знайти у Всесвіті.
«Ці роботи досліджують зв’язок між темною енергією та чорними дірами за швидкістю їхнього зростання. Наша нова робота пов’язує чорні діри з темною енергією за часом їхнього народження», — говорить Браян Картрайт, астрофізик, співавтор і колишній головний юрисконсульт Комісії з цінних паперів і бірж США.
Відмінності нового дослідження
Ключова відмінність нової роботи полягає в тому, що більшість відповідних чорних дір молодші, ніж ті, що вивчалися раніше. Ці чорні діри народилися в епоху, коли зореутворення, яке відстежує утворення чорних дір, було в самому розпалі, а не тільки починалося.
«Це відбувається набагато пізніше у Всесвіті, й про це свідчать нещодавні вимірювання утворення і зростання чорних дір, які спостерігаються за допомогою космічних телескопів Hubble і James Webb, — сказав співавтор дослідження Роджер Віндхорст, міждисциплінарний науковець JWST і професор дослідження Землі й космосу в Університеті штату Аризона.
Наука потребує більше шляхів дослідження і спостережень, і тепер, коли DESI працює в режимі онлайн, це дослідження темної енергії тільки починається.
Нове розуміння темної енергії
«Це лише додасть глибини та ясності нашому розумінню темної енергії, незалежно від того, чи це продовжить підтримувати гіпотезу чорних дір, чи ні, — сказав Ахлен. — Я думаю, що як експериментальне дослідження, це чудово. Можна мати упереджені уявлення чи ні, але ми керуємося даними та спостереженнями».
Незалежно від того, що принесуть ці майбутні спостереження, робота, що відбувається зараз, являє собою зміну в дослідженнях темної енергії. «По суті, питання про те, чи є чорні діри темною енергією у поєднанні зі Всесвітом, який вони населяють, перестало бути лише теоретичним питанням, — сказав Тарле. — Тепер це експериментальне питання».
За матеріалами phys.org
