Новые результаты, полученные с помощью Инструмента спектроскопии темной энергии, предполагают, что эти экзотические объекты могут помочь нам объяснить таинственную силу, разгоняющую расширение вселенной.
Черные дыры — это теневые фигуры вселенной, и только в нашей галактике их миллионы, скрытых от глаз. Эти космические тяжеловесы прославились тем, что уничтожают все, что приближается слишком близко, разрывая звезды и другие объекты на части своим огромным гравитационным притяжением.
Но это может быть не концом истории для тех объектов, которые обречены на поглощение. Новое исследование, опубликованное 28 октября в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, предоставляет наблюдательные данные, которые предполагают, что часть материи, попадающей в черные дыры, может превращаться в темную энергию — таинственное давление, ускоряющее расширение вселенной и составляющее 70% космоса.
Этот результат зависит от странного возможного свойства черных дыр, которые образуются, когда массивная звезда исчерпывает свое топливо и коллапсирует. Называемая «космологическим взаимодействием», эта теория утверждает, что черные дыры вплетены в ткань космоса таким образом, что они растут синхронно с расширением вселенной — особенностью, которая отсутствует в стандартном определении черных дыр, согласно которому они могут набирать массу только путем слияния или поглощения других объектов.
Космологическое взаимодействие
Это странная концепция, которая восходит еще к 1915 году. В том году Альберт Эйнштейн представил общую теорию относительности — набор космических уравнений с некоторыми ошеломляющими последствиями для поведения вселенной.
Уравнения привели к появлению таких удивительных явлений, как черные дыры и расширение вселенной, которые хорошо наблюдаемы. Но поскольку эти уравнения опираются на некоторые факторы, которые до конца не известны (потому что мы еще точно не определили все свойства вселенной), они могут иметь различные возможные решения в зависимости от того, что представляют собой эти неопределенные значения.
Вот как мы могли бы получить космологическое взаимодействие — существуют определенные условия, которые могут позволить черным дырам «взаимодействовать» с космическим расширением.
Если черные дыры действительно взаимодействуют с развивающимся пространственно-временным континуумом вокруг них таким образом, что накапливают массу и энергию пропорционально расширению вселенной, темная энергия может возникать полностью из этого процесса.
Распределение темной энергии
Это противоречит стандартному мнению, которое предполагает, что темная энергия равномерно распределена по всему космосу.
«Я бы сказал, что это первое заблуждение», — говорит Кевин Крокер, ассистент научного сотрудника в Университете штата Аризона, который возглавил недавнее исследование. «Существует очень ясный, хотя и спорный, аргумент, что не имеет значения, где находится темная энергия; важно только, что она есть где-то. Она может быть равномерно распределена, или может быть сосредоточена в маленьких облаках», — что и произошло бы, если бы она была произведена черными дырами, разбросанными по пространству и времени.
Чтобы проверить эту идею, команда ученых проанализировала десятки миллионов удаленных галактик, измеренных с помощью Инструмента спектроскопии темной энергии (DESI), установленного в Национальной обсерватории Китт-Пик рядом с Тусоном, Аризона.
Измеряя скорость удаления галактик на разных расстояниях, которые соответствуют различным космическим эпохам, ученые определили, как изменялась скорость расширения вселенной со временем под воздействием темной энергии. Затем команда проверила эти данные с информацией о скорости формирования черных дыр за тот же огромный промежуток времени.
Если их теория о том, что черные дыры производят темную энергию, верна, то формирование черных дыр и плотность темной энергии должны быть взаимосвязаны; по мере формирования большего числа черных дыр темная энергия должна усиливаться.
Именно это они и обнаружили.
Далеко от доказательства
Но не все убеждены.
Существующие теории темной энергии предсказывают так называемую космологическую постоянную, в рамках которой загадочное космическое давление имеет постоянную силу, не увеличиваясь и не ослабевая со временем, и равномерно распределено по всему космосу. Эксперт по темной энергии Юн Ванг, старший научный сотрудник в Caltech IPAC, предупреждает, что измерения недостаточно точны, чтобы с уверенностью поддерживать гипотезу о том, что темная энергия изменяется со временем. А космологически связанные черные дыры могут даже не существовать. «Это пока спекуляции», — говорит она. «Таким образом, эта теория возможна, но еще не правдоподобна.»
Дополнительные исследования могут помочь изменить ситуацию.
«Следующий вопрос — это определить, где находятся черные дыры, добавив их позиции в расчет», — говорит Крокер. «Здесь могут возникнуть всякие интересные сюрпризы, и мы сейчас этим занимаемся.»
Подтверждение этой теории изменит наше понимание расширения вселенной и откроет множество новых вопросов. Но даже если будущие наблюдения опровергнут теорию, это все равно будет расширять границы современного научного знания и откроет двери для новых открытий.
«Это только придаст больше глубины и ясности нашему пониманию темной энергии, независимо от того, будет ли это продолжать поддерживать гипотезу о черных дырах или нет», — сказал Стив Ахлен, эмерит-профессор физики Бостонского университета и соавтор статьи, в пресс-релизе. «Я думаю, что как экспериментальная работа, это замечательно. Можно иметь заранее сложившееся мнение или нет, но нас ведут данные и наблюдения».