Новое исследование, основанное на наблюдениях за сверхмассивными черными дырами в ядрах галактик, выдвигает смелую гипотезу: эти загадочные объекты могут быть источником темной энергии — силы, ответственной за ускоренное расширение нашей Вселенной. Если выводы ученых подтвердятся, это станет прорывом в решении одной из самых сложных задач современной космологии.
Ключевым толчком для исследования стали данные, показывающие аномально быстрый рост черных дыр в древних эллиптических галактиках. Их масса увеличивается быстрее, чем можно объяснить стандартными процессами, такими как поглощение окружающей материи. Это несоответствие заставило международную команду из 17 ученых из девяти стран искать альтернативные объяснения. Результаты их работы указывают на то, что сверхмассивные черные дыры могут быть напрямую связаны с генерацией темной энергии. «Мы начали с изучения эволюции черных дыр и, возможно, наткнулись на ответ на одну из главных космологических загадок», — отмечает соавтор работы доктор Дэйв Клементс.
Другой участник исследования, доктор Крис Пирсон, подчеркивает значимость открытия: «Подтверждение этой теории способно перевернуть всю космологию. Мы наконец-то можем получить объяснение происхождения темной энергии, над которым ученые бьются более двух десятилетий». Научные статьи с подробным изложением наблюдений и выводов опубликованы в авторитетных журналах The Astrophysical Journal и The Astrophysical Journal Letters.
Гравитация против темной энергии
Открытие ускоренного расширения Вселенной в 1990-х годах поставило перед учеными серьезную проблему. Согласно законам гравитации, взаимное притяжение всей материи должно было бы замедлять этот процесс. Для объяснения наблюдаемого ускорения была введена концепция темной энергии — гипотетической формы энергии, которая, как считается, составляет около 70% всей энергии космоса и обладает свойством антигравитации, «расталкивая» пространство.
Хотя прямо обнаружить темную энергию невозможно, ее влияние проявляется в крупномасштабной динамике Вселенной. Интересно, что идея силы, противодействующей гравитационному коллапсу, присутствовала еще в уравнениях Альберта Эйнштейна в виде космологической постоянной, от которой он позже отказался.
Долгое время черные дыры, с их чудовищной гравитацией, казались несовместимыми с концепцией темной энергии, преодолеть их притяжение вблизи горизонта событий считалось невозможным. Однако новое исследование предлагает иную модель. Ученые предполагают, что в центре черных дыр может отсутствовать классическая сингулярность. Вместо этого они могут быть заполнены «энергией вакуума» — фундаментальным свойством самого пространства-времени, которое и является двигателем космического расширения.
Обратите внимание: Лучший фильм про космос, или Почему человек НЕ покорит галактику.
Рост черных дыр: больше, чем аккреция
Чтобы проверить свою гипотезу, ученые проанализировали эволюцию черных дыр на протяжении девяти миллиардов лет. Особое внимание было уделено эллиптическим галактикам, которые сформировались в ранней Вселенной и сейчас находятся в «спящем» состоянии, практически не образуя новых звезд. Это означает, что центральные черные дыры в них лишены обильного источника вещества для роста путем обычной аккреции.
Сравнивая массу черных дыр в далеких (древних) и близких галактиках, астрономы обнаружили поразительную разницу: современные черные дыры оказались в 7-20 раз массивнее своих древних предшественников. Такой рост невозможно объяснить лишь редкими поглощениями звезд или слияниями. Альтернативное объяснение, предложенное исследователями, заключается в том, что черные дыры естественным образом накапливают энергию вакуума, связанную с расширением пространства. Эта внутренняя энергия и приводит к увеличению их массы.
Расчеты показывают, что если сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик действительно производят темную энергию, это может объяснить значительную часть ее наблюдаемого количества, в то время как остальной вклад могут давать черные дыры звездной массы, расположенные в дисках и гало галактик.
Космологическое взаимодействие: черные дыры и расширение Вселенной
Дальнейший анализ данных выявил удивительную корреляцию: масса черных дыр оказалась связана с масштабом Вселенной на разных этапах ее эволюции. Это наблюдение позволяет предположить, что измеряемое количество темной энергии во Вселенной может быть напрямую связано с энергией вакуума, заключенной в черных дырах.
Авторы работы считают, что им впервые удалось получить наблюдательные свидетельства в пользу того, что черные дыры не только содержат энергию вакуума, но и «связаны» с расширением космоса, увеличивая свою массу по мере его роста. «Существуют указания на то, что стандартные теории черных дыр не работают в космологических масштабах времени. И теперь у нас может появиться первый идентифицированный астрофизический источник темной энергии», — заявляет ведущий автор исследования Дункан Фарра из Гавайского университета. Он подчеркивает, что это первая работа, где источник темной энергии ищется не вовне, а внутри известных объектов — черных дыр в рамках эйнштейновской теории гравитации.
Больше интересных статей здесь: Космос.
Источник статьи: Наблюдения за сверхмассивными черными дырами в центрах галактик предполагают, что они могут быть источником темной энергии.