Вчені, які використовують дані DESI, досліджують новаторську теорію, яка пов’язує чорні діри з прискореним розширенням Всесвіту. Теорія припускає, що темна енергія, яка становить близько 70% Всесвіту і сприяє його розширенню, може походити від процесів, що відбуваються в чорних дірах, подібних до зворотного Великого вибуху.
Дослідження загадки темної енергії
Майже 14 мільярдів років тому, на початку Великого вибуху, таємнича енергія викликала експоненціальне розширення, яке створило всю відому матерію. Ця подія, описана теорією інфляційного Всесвіту, заклала основу для космосу, яким ми його знаємо.
Ця стародавня енергія має деякі спільні ключові властивості з темною енергією, присутньою в сучасному Всесвіті — це глибока таємниця. Темна енергія становить близько 70% Всесвіту, але її природа залишається невловимою для вчених.
Зворотна теорія великого вибуху
«Якщо ви задасте собі запитання: «Де в пізнішому Всесвіті ми бачимо таку ж сильну гравітацію, як на початку Всесвіту?» відповідь – у центрі чорних дір», – сказав Грегорі Тарле, професор фізики Мічиганського університету та співавтор дослідження. «Цілком можливо, що те, що сталося під час інфляції, відбувається у зворотному напрямку, матерія масивної зірки знову стає темною енергією під час гравітаційного колапсу — як маленький Великий вибух, який грається у зворотному напрямку».
У недавньому дослідженні, опублікованому в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics , Тарле та співробітники з п’яти установ представили нові докази, що підтверджують цю ідею, зібрані за допомогою даних спектроскопічного приладу темної енергії (DESI). DESI, що складається з 5000 робототехнічних очей на телескопі Mayall у Національній обсерваторії Кітт-Пік на території нації Тохоно О’одхам, пропонує нове розуміння зв’язку між чорними дірами та темною енергією.
Чорні діри та космічне прискорення
«Якщо чорні діри містять темну енергію, вони можуть з’єднуватися з Всесвітом, що розширюється, і рости разом із ним, спричиняючи прискорення його зростання», — сказав Кевін Крокер, провідний автор нового дослідження команди та помічник наукового співробітника Університету штату Арізона. «Ми не можемо отримати подробиці того, як це відбувається, але ми можемо побачити докази того, що це відбувається».
Дані першого року запланованого п’ятирічного дослідження DESI показують спокусливі докази того, що щільність темної енергії з часом зростала. За словами дослідників, це дає переконливу підказку, що підтверджує цю ідею про те, що таке темна енергія, тому що це збільшення в часі узгоджується з тим, як кількість і маса чорних дір збільшувалися з часом.
«Коли я вперше брав участь у проекті, я був налаштований дуже скептично», — сказав співавтор Стів Ален, почесний професор фізики Бостонського університету. «Але я залишався відкритим протягом усього процесу, і коли ми почали робити космологічні розрахунки, я сказав: «Ну, це дійсно гарний механізм для отримання темної енергії».
Аналіз галактичних даних
Щоб знайти докази темної енергії з чорних дір, команда використала десятки мільйонів далеких галактик, виміряних DESI. Прилад заглядає в минуле на мільярди років і збирає дані, які можна використовувати, щоб з надзвичайною точністю визначити, наскільки швидко розширюється Всесвіт. У свою чергу, ці дані можна використовувати для висновку про те, як кількість темної енергії змінюється з часом.
Команда порівняла ці дані з кількістю чорних дір, які утворилися внаслідок загибелі великих зірок за всю історію Всесвіту.
«Ці два явища узгоджувалися одне з одним — оскільки нові чорні діри утворювалися внаслідок загибелі масивних зірок, кількість темної енергії у Всесвіті збільшувалася належним чином», — сказав Дункан Фарра, доцент кафедри фізики Університету ім. Hawai’i та співавтор дослідження. «Це робить більш правдоподібним те, що чорні діри є джерелом темної енергії».
Подальші дослідження темної енергії
Це дослідження доповнює зростаючу кількість літератури, яка вивчає можливість космологічного зв’язку в чорних дірах. Дослідження 2023 року, в якому брали участь багато авторів цієї статті, повідомляло про космологічний зв’язок у надмасивних чорних дірах у галактичних центрах. Цей звіт 2023 року спонукав інші команди шукати ефект у чорних дірах у всіх різних місцях Всесвіту, де їх можна знайти.
«Ці статті досліджують зв’язок між темною енергією та чорними дірами через швидкість їхнього зростання. Наша нова стаття пов’язує чорні діри з темною енергією до моменту їх народження», – сказав Брайан Картрайт, астрофізик, співавтор і колишній генеральний радник Комісії з цінних паперів і бірж США.
Розвиток дослідження чорних дір
Ключова відмінність у новій статті полягає в тому, що більшість відповідних чорних дір молодші за ті, що досліджувалися раніше. Ці чорні діри народилися в епоху, коли зореутворення, яке відстежує утворення чорних дір, було досить розвинене, а не тільки починалося.
«Це відбувається набагато пізніше у Всесвіті й підтверджується нещодавніми вимірюваннями утворення та зростання чорних дір, які спостерігалися за допомогою космічних телескопів «Хаббл» і «Вебб», — сказав співавтор Рогір Віндгорст, міждисциплінарний вчений JWST і професор Землі та космосу. дослідження в університеті штату Арізона.
«Наступне питання полягає в тому, де знаходяться ці чорні діри і як вони рухалися протягом останніх 8 мільярдів років. Вчені працюють над тим, щоб обмежити це прямо зараз», — сказав Крокер.
Майбутні перспективи досліджень темної енергії
Наука вимагає більше можливостей для досліджень і спостережень, і тепер, коли DESI працює онлайн, це дослідження темної енергії тільки починається.
«Це лише внесе більше глибини та ясності в наше розуміння темної енергії, незалежно від того, підтверджує це гіпотезу про чорну діру чи ні», — сказав Ален. «Я думаю, що як експериментальна спроба, це чудово. У вас можуть бути упереджені думки чи ні, але ми керуємося даними та спостереженнями».
Незалежно від того, що принесуть ці майбутні спостереження, робота, яка проводиться зараз, являє собою кардинальні зміни в дослідженнях темної енергії, сказала команда.
«По суті, чи є чорні діри темною енергією, пов’язаною зі Всесвітом, який вони населяють, перестало бути лише теоретичним питанням», — сказав Тарле. «Зараз це експериментальне запитання».