Вимірювання в старих галактиках показують, що чорні діри зростають швидше, ніж очікувалося, і це згоджується з явищем, передбаченим теорією гравітації Ейнштейна. Цей результат потенційно може означати, що для пояснення виникнення темної енергії до нашої картини Всесвіту нічого не потрібно додавати – її джерелом можуть бути наявні чорні діри.
Такого висновку дійшла команда з 17 дослідників. «Це дійсно дивовижний результат. Ми почали з вивчення того, як чорні діри ростуть з часом, і, можливо, знайшли відповідь на одну з найбільших проблем космології», – заявляє співавтор дослідження доктор Дейв Клементс. «Якщо теорія підтвердиться, то це зробить революцію в усій космології, тому що нарешті ми отримаємо відповідь на питання про походження темної енергії, яке спантеличувало космологів і фізиків-теоретиків понад 20 років», – додають вчені.
У 1990-х роках було виявлено, що розширення Всесвіту прискорюється – одні об’єкти віддаляються від інших все швидше і швидше, хоча сила тяжіння мала б сповільнювати цей процес. Щоб пояснити це, було зроблено припущення, що за розштовхування об’єктів відповідальна «темна енергія». Це пов’язано з концепцією космологічної сталої, яку колись запропонував Ейнштейн, але згодом відкинув.
Нові дані показали, що чорні діри набирають масу таким чином, що містять енергію вакууму, забезпечуючи джерело темної енергії та усуваючи потребу в утворенні сингулярностей у їхньому центрі. Цей висновок було зроблено після вивчення дев’яти мільярдів років еволюції чорних дір. Ці об’єкти утворюються, коли масивні зірки добігають кінця свого життя. Коли вони знаходяться в центрах галактик, їх називають надмасивними чорними дірами, і вони містять у собі масу, в мільйони-мільярди разів більшу за масу нашого Сонця. Чорні діри можуть збільшуватися в розмірах внаслідок акреції матерії, наприклад, поглинаючи зорі або зливаючись з іншими чорними дірами.
Дослідники вивчали гігантські еліптичні галактики, що виникли на початку Всесвіту, а потім перейшли в стан спокою. В них не формуються зірки, тож майже немає матеріалу для акреції чорної діри в центрі, а це означає, що будь-яке подальше зростання не можна пояснити цим процесом. При цьому порівняння спостережень далеких галактик (коли вони були молодими) з місцевими еліптичними галактиками (які є старими) показало суттєве зростання – сьогоднішні чорні діри в 7-20 разів більші, ніж 9 млрд років тому.
Подальші вимірювання споріднених популяцій галактик на різних етапах еволюції Всесвіту показали узгодженість між розміром Всесвіту і масою чорних дір. Це свідчить про те, що виміряну кількість темної енергії у Всесвіті можна пояснити енергією вакууму чорних дір. Це перший спостережний доказ того, що чорні діри насправді містять енергію вакууму і що вони «пов’язані» з розширенням Всесвіту.
«Ми насправді говоримо про дві речі одночасно: що є докази того, що типові рішення для чорних дір не працюють у довгому часовому масштабі, і що у нас є перше запропоноване астрофізичне джерело темної енергії, – заявив провідний автор дослідження, астроном Гавайського університету Дункан Фарра. – Це перша робота, де ми не додаємо нічого нового до Всесвіту в якості джерела темної енергії: чорні діри в теорії гравітації Ейнштейна і є джерелом темної енергії».
Також цікаво: