Темная энергия — таинственная форма вещества, составляющая 70% массы Вселенной, которую не следует путать с темной материей. В отличие от последней, она не проявляет себя даже гравитационным влиянием только через расширение Вселенной. Однако недавно ученые предположили, что эта загадочная вещь может быть связана с черными дырами.
Темная энергия и черные дыры
Почти 14 млрд лет назад, в самом начале Большого взрыва, таинственная энергия повлекла за собой экспоненциальное расширение молодой Вселенной и создала всю известную нам материю, согласно господствующей теории инфляционной Вселенной.
Эта давняя энергия обладала ключевыми чертами темной энергии современной Вселенной, которая является самой большой загадкой нашего времени, по крайней мере, по одному объективному стандарту: она составляет до 70% ее массы, но ученые не знают точно, что это такое.
«Если вы зададите себе вопрос: «Где в более поздней Вселенной мы видим гравитацию столь же сильную, как в начале Вселенной?», то ответ будет: в центре черных дыр», — сказал Грегори Тарле, профессор физики Мичиганского университета и соавтор нового исследования, посвященного этой загадке.
Вполне возможно, что произошедшее во время инфляции происходит в обратном направлении: материя массивной звезды снова становится темной энергией во время гравитационного коллапса — как маленький Большой взрыв, сыгранный в обратном направлении.
В новом исследовании, опубликованном в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Тарле и его коллеги из пяти институтов подкрепляют аргументы в пользу этого сценария последними данными Спектроскопического прибора темной энергии (DESI). DESI состоит из 5000 роботизированных глаз, установленных на телескопе Мэйолла в Национальной обсерватории Китт Пик.
Данные первого года запланированного пятилетнего исследования DESI свидетельствуют о том, что густота темной энергии растет со временем. По словам исследователей, это дает убедительное доказательство в пользу того, что такое темная энергия, потому что это увеличение со временем согласовывается с тем, как количество и масса черных дыр увеличивались со временем.
Исследование черных дыр с помощью инструмента DESI
Чтобы найти доказательства существования темной энергии от черных дыр, команда использовала десятки миллионов далеких галактик, измеренных DESI. Инструмент заглядывает на миллиарды лет в прошлое и собирает данные, которые можно использовать для определения скорости расширения Вселенной с чрезвычайной точностью. В свою очередь эти данные могут быть использованы для того, чтобы сделать вывод о том, как количество темной энергии меняется со временем.
Команда сравнила эти данные с тем, сколько черных дыр образовывалось в результате гибели больших звезд на протяжении истории Вселенной.
«Эти два явления согласовываются друг с другом — поскольку новые черные дыры образовывались в результате гибели массивных звезд, количество темной энергии во Вселенной увеличивалось в правильном направлении», — сказал Дункан Фарра, доцент физики Гавайского университета и соавтор исследования. Это делает более правдоподобным, что черные дыры являются источником темной энергии.
Это исследование дополняет растущий массив литературы, изучающий возможность космологической связи в черных дырах. В исследовании 2023 года, в котором участвовали многие авторы этой статьи, сообщалось о космологической связи в сверхмассивных черных дырах в галактических центрах. Отчет в 2023 году поощрил другие команды искать этот эффект в черных дырах во всех разных местах, где их можно найти во Вселенной.
«Эти работы исследуют связь между темной энергией и черными дырами по скорости их роста. Наша новая работа связывает черные дыры с темной энергией по времени их рождения», — говорит Брайан Картрайт, астрофизик, соавтор и бывший главный юрисконсульт Комиссии по ценным бумагам и биржам США.
Различия нового исследования
Ключевое отличие новой работы заключается в том, что большинство соответствующих черных дыр моложе, чем те, что изучались ранее. Эти черные дыры родились в эпоху, когда звездообразование, которое отслеживает образование черных дыр, было в самом разгаре, а не только начиналось.
«Это происходит гораздо позже во Вселенной, и об этом свидетельствуют недавние измерения образования и роста черных дыр, которые наблюдаются с помощью космических телескопов Hubble и James Webb, — сказал соавтор исследования Роджер Виндхорст, междисциплинарный ученый JWST и профессор исследования Земли и космо в Университете штата Аризона.
Наука требует больше путей исследования и наблюдений, и теперь, когда DESI работает в режиме онлайн, это исследование темной энергии только начинается.
Новое понимание темной энергии
«Это только добавит глубины и ясности нашему пониманию темной энергии, независимо от того, продолжит ли это поддерживать гипотезу черных дыр или нет, — сказал Ахлен. — Я думаю, что как экспериментальное исследование, это замечательно. Можно иметь предвзятые представления или нет, но мы руководствуемся данными и наблюдениями».
Независимо от того, что принесут эти будущие наблюдения, работа, происходящая сейчас, представляет собой изменение в исследованиях темной энергии. «По сути, вопрос о том, являются ли черные дыры темной энергией в сочетании со Вселенной, которую они населяют, перестал быть лишь теоретическим вопросом, — сказал Тарле. — Теперь это экспериментальный вопрос».
По материалам phys.org
