RW Space

Черные дыры могут объяснить загадочную форму энергии, которая, по мнению астрономов, составляет большую часть Вселенной.

Существование «темной энергии» было сделано на основе наблюдений за звездами и галактиками, но не удалось объяснить, что это такое и откуда оно берется.

Вещество или материя, из которых состоит знакомый нам мир вокруг нас, составляет всего 5 процентов от всего, что есть во Вселенной. Еще 27 процентов составляют темная материя, теневой аналог обычной материи, которая не излучает, не отражает и не поглощает свет. Однако большая часть космоса — около 68 процентов — состоит из темной энергии.

Новые доказательства того, что черные дыры могут быть источником темной энергии, описаны в научной статье, опубликованной в The Astrophysical Journal. Letters.

Исследование проводится 17 астрономами из девяти стран под руководством Гавайского университета. В сотрудничестве приняли участие исследователи из Великобритании, базирующиеся в STFC RAL Space, Открытом университете и Имперском колледже Лондона.

Исследуя данные, охватывающие девять миллиардов лет космической истории, астрономы обнаружили первое свидетельство » космологическая связь», что означало бы, что рост черных дыр с течением времени связан с расширением самой Вселенной.

Идея о том, что черные дыры могут содержать что-то, называемое вакуумной энергией (проявление темной энергии) не является особенно новым и на самом деле обсуждалось теоретически еще в 1960-х годах.

Но в этой последней работе предполагается, что эта энергия (и, следовательно, масса черных дыр) будет увеличиваться со временем, поскольку Вселенная расширяется как результат 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 во Вселенной сегодня.

Результат может решить одну из самых фундаментальных проблем современной космологии.

Быстро расширение

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 действия гравитации. обо всем, что есть 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.

Таким образом, расширение Вселенной замедлялось не из-за гравитации, как все думали, а вместо этого ускоряется. Это было очень неожиданно, и астрономы изо всех сил пытались это объяснить.

Чтобы объяснить это, было высказано предположение, что «темная энергия» ответственна за раздвигание вещей сильнее, 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.

Звездные взрывы

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 при 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.

Притяжение черной дыры настолько сильно, что даже свет не может ускользнуть от нее — все засасывается. В центре черной дыры находится место, называемое сингулярностью, где материя дробится в точку бесконечной плотности.

Проблема в том, что сингулярности — это математическая конструкция, которой не должно существовать.

Черные дыры, расположенные в центрах галактик, намного тяжелее 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 за счет накопления материи, заглатывания звезд, которые подходят слишком близко, или путем слияния с другими черные дыры. Поэтому мы ожидаем, что они будут становиться больше по мере того, как Вселенная стареет.

В последней статье команда исследовала сверхмассивные черные дыры в центрах галактик и обнаружила, что эти черные дыры набирают массу в течение миллиардов лет.

Радикальное переосмысление

Команда сравнила наблюдения эллиптических галактик, в которых отсутствует звездообразование, в прошлом и в настоящее время.

Эти мертвые галактики использовали все свое топливо, поэтому любое увеличение массы их черных дыр за это время нельзя приписать обычным процессам, посредством которых черные дыры растут за счет накопления материи.

Вместо этого команда предположила, что эти черные дыры на самом деле содержат вакуум энергии 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, потому что это позволяет избежать необходимости в сингулярности в центре.

Команда также подсчитала, сколько темной энергии во Вселенной может быть связано с этим процессом сопряжения. Они пришли к выводу, что черные дыры могут обеспечивать необходимое количество энергии вакуума, чтобы объяснить всю темную энергию, которую мы измеряем во Вселенной сегодня.

Это не только объясняет происхождение темной энергии во Вселенной, но также заставит нас радикально переосмыслить наше понимание черных дыр и их роли в космосе.

Необходимо проделать гораздо больше работы, чтобы проверить и подтвердить эту идею, как на основе наблюдений за небом, так и из теории. Но, возможно, наконец-то мы увидим новый способ решения проблемы темной энергии.

Крис Пирсон, руководитель группы астрономии, отдел космических операций RAL Space и приглашенный научный сотрудник Открытого университета, и Дэйв Клементс, преподаватель астрофизики, Имперский колледж Лондона

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите исходную статью.