Новаторское новое исследование может, наконец, дать ответ на одну из самых сложных загадок астрофизики — без необходимости добавлять что-либо новое к нашим текущим моделям. Физики предполагают, что черные дыры могут содержать странную форму энергии, которая ускоряет расширение Вселенной.
Астрономы знали с конца 1920-х годов, что Вселенная расширяется, и в течение десятилетий предполагалось, что скорость этого расширения со временем будет замедляться. В конце концов, гравитация сближает предметы, и считалось, что гравитационное притяжение всей материи во Вселенной притягивает все вокруг.
Но в 1990-х астрономы с помощью космического телескопа Хаббл сделали неожиданное открытие — происходило прямо противоположное. Чем дальше объект находился от нашей точки обзора, тем быстрее он удалялся от нас, что указывало на ускорение расширения Вселенной с течением времени. Без каких-либо объяснений в моделях того времени была сформулирована сила, получившая название «темная энергия», которая отталкивает все от всего остального с возрастающей скоростью.
С тех пор астрономы ищут признаки этой темной энергии, основываясь на ее свойствах. И в новом исследовании международная группа ученых утверждает, что нашла доказательства того, где может скрываться темная энергия — внутри черных дыр.
Вопреки тому, что мы могли бы подумать, вакуум не совсем пуст — случайные квантовые флуктуации производят то, что известно как энергия вакуума, оказывающая внешнее давление, которое может работать против гравитации и управлять расширением Вселенной. В некоторых моделях энергию вакуума можно найти в черных дырах, и в новом исследовании команда обнаружила первые наблюдательные доказательства этого.
Астрономы начали с изучения эволюции сверхмассивных черных дыр в центрах галактик за последние девять миллиардов лет. Эти черные дыры набирают массу в основном за счет поглощения пыли, газа, звезд и других черных дыр, но в некоторых галактиках, известных как гигантские эллиптические галактики, это сырье иссякает. Тогда следует ожидать, что сверхмассивные черные дыры в эллиптических галактиках перестанут расти.
Исследователи сравнили массы этих черных дыр в далеких эллиптических галактиках (которые видны такими, какими они были миллиарды лет назад) с теми, что ближе к нам в пространстве и времени. И действительно, сверхмассивные черные дыры в современных эллиптических галактиках в семь-двадцать раз массивнее, чем они были девять миллиардов лет назад.
Это указывает на то, что сверхмассивные черные дыры могут набирать массу и за счет какого-то другого механизма. И если они содержат энергию вакуума, они будут способствовать расширению Вселенной и также приобретать массу в результате явления, называемого космологической связью (космологическим взаимодействием).
Команда говорит, что это первое наблюдательное свидетельство того, что черные дыры содержат энергию вакуума, и когда они обработали цифры, они обнаружили, что это может объяснить количество темной энергии, измеренное во Вселенной сегодня.
Хотя недостатка в других предложенных источниках темной энергии не было, команда говорит, что эта новая модель может быть самой аккуратной. Это потому, что не требуется добавлять что-то новое к нашим существующим моделям — пробел может быть заполнен черными дырами, как и предсказывала общая теория относительности Эйнштейна.
В качестве дополнительного бонуса новая модель также объясняет еще одну космологическую загадку. В современных моделях предполагается, что черные дыры сжимают все, что попадает в них, в бесконечно плотную сингулярность, точку, в которой законы физики нарушаются. Они должны быть математически невозможны, поэтому физики либо находят для них обходные пути, либо принимают их за то, что наши модели неполны. Но если черные дыры содержат энергию вакуума, сингулярности больше не нужны, что может стать крупным прорывом в нашем понимании и дополнительным доказательством новой модели.
Каким бы интригующим ни было исследование, для подтверждения модели потребуются дальнейшие исследования и наблюдения.
Исследование было опубликовано в двух статьях, в The Astrophysical Journal и Astrophysical Journal Letters. Команда описывает работу в видео ниже.
Первое доказательство того, что черные дыры являются источником темной энергии.
Источник: UK Research and Innovation.
