Майже 14 мільярдів років тому, на самому початку Великого Вибуху, таємнича енергія спонукала до експоненціального розширення Всесвіту, що зароджувався, і породила всю відому матерію. Так принаймні слідує із широко визнаної теорії інфляції (інфляційної космології).
Ця стародавня енергія мала головні риси темної енергії сучасного Всесвіту, яка досі є найбільшою загадкою щонайменше за одним об’єктивним стандартом: вона становить більшість — приблизно 70% — Всесвіту, але науковці не знають точно, що це так.
«Якщо ви задасте собі запитання: “Де в пізнішому Всесвіті ми бачимо таку ж сильну гравітацію, як на початку Всесвіту?”, то відповідь — у центрі чорних дір», — сказав Ґреґорі Тарле (Gregory Tarlé), професор фізики Мічиганського університету та співавтор дослідження.
«Цілком можливо: те, що сталося під час інфляції, відбувається у зворотному напрямку, матерія масивної зорі знову стає темною енергією під час гравітаційного колапсу — як маленький Великий Вибух, що стається навпаки».
У новому дослідженні, результати якого опубліковано в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Тарле та його колеги з п’яти установ посилюють аргументи на користь цього сценарію за допомогою останніх даних, отриманих за допомогою Спектроскопічного приладу темної енергії (Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI). Цей прилад, встановлений на телескопі Ніколаса Ульріха Мейолла в Національній обсерваторії Кітт-Пік на території нації Тохоно О’одхем, складають 5000 робототехнічних «очей».
«Якщо чорні діри містять темну енергію, вони можуть з’єднуватися з Всесвітом, що розширюється, і рости разом із ним, спричиняючи його прискорене розширення», — сказав Кевін Крокер (Kevin Croker), перший автор нового дослідження з Університету штату Аризона. «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 DESIвказують на спокусливі докази того, що густина темної енергії з часом зростала. За словами дослідників, це дає переконливу підказку, яка підтверджує ідею про те, що таке темна енергія. Бо збільшення густини з часом узгоджується з тим, як кількість і маса чорних дір також збільшувалися з часом.
«Коли я став учасником проєкту, я був налаштований дуже скептично», — сказав співавтор дослідження Стів Ален (Steve Ahlen), почесний професор фізики Бостонського університету. «Але я не був упереджним протягом усього процесу, і коли ми почали робити космологічні розрахунки, я сказав: «Ну, це справді гарний механізм для отримання темної енергії».
Відмінність, яку визначає DESI
Щоб знайти докази, що джерелом темної енергії є чорні діри, наукова група використала дані про десятки мільйонів далеких галактик, отриманих за допомогою DESI. Прилад заглядає в минуле на мільярди років і збирає дані, які можна використати, щоб з надзвичайною точністю визначити, як швидко розширюється Всесвіт. Так само, ці дані можна використати щоб дійти висновку про те, як з часом змінюється кількість темної енергії.
Наукова група порівняла ці дані з кількістю чорних дір, які утворилися через загибель масивних зір за всю історію Всесвіту.
На зображенні ліворуч, яке отримано за допомогою NIRCam космічного телескопа Джеймса Вебба, видно протоскупчення галактик PHzG191.24+62.04 одинадцять мільярдів років тому, коли у Всесвіті наставав пік зореутворення. Ці ранні галактики належать до одних з найактивніших галактик, які астрономии спостерігали між 10,5 і 11,5 мільярдами років тому, де бурхливо відбувався процес утворення зір. Отже, кожна галактика, яку видно на цьому зображенні, породжувала багато чорних дір, які перетворюють матерію на темну енергію згідно із гіпотезою космологічного зв’язку чорної діри. На зображенні (також від NIRCam) праворуч показано сусіднє з протоскупченням порожнє поле. На кожному зображенні видно тисячі галактик. Авторські права на зображення: NASA, ESA, CSA, Maria Polletta (INAF), Hervé Dole (Paris), Brenda Frye (UofA), Jordan C. J. D'Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Rogier Windhorst (ASU). Фото з сайту https://phys.org.
«Ці два явища узгоджуються одне з одним — оскільки нові чорні діри утворювалися внаслідок загибелі масивних зір, кількість темної енергії у Всесвіті збільшувалася належним чином», — сказав Дункан Фарра (Duncan Farrah), доцент кафедри фізики Гавайського університету та співавтор дослідження. «Це робить більш правдоподібним те, що чорні діри є джерелом темної енергії».
Стаття про нове дослідження доповнює публікації, кількість яких постійно зростає, в яких ідеться про можливість космологічного зв’язку в чорних дірах. Дослідження 2023 року, в якому брали участь багато авторів нової статті, повідомляло про космологічний зв’язок у надмасивних чорних дірах, що містьяться в центрах галактик. Цей звіт 2023 р. спонукав інші наукові групи шукати ефект у чорних дірах у всіх різних місцях Всесвіту, де їх можна виявити.
«У цих статтях ідеться про дослідження зв’язку між темною енергією та чорними дірами за швидкістю їхнього зростання. Наша нова стаття пов’язує чорні діри з темною енергією до моменту їх народження», — сказав Брайан Картрайт (Brian Cartwright), астрофізик, співавтор дослідження і колишній генеральний радник Комісія з цінних паперів і бірж США.
Головна відмінність полягає в тому, що більшість відповідних чорних дір молодші за ті, які досліджували раніше. Ці чорні діри народилися в епоху, коли зореутворення, що пов’язане із появою чорних дір, було досить розвинене, а не тільки починалося.
«Це відбувається набагато пізніше у Всесвіті, про що свідчать нещодавні вимірювання утворення та зростання чорних дір, які спостерігали за допомогою космічних телескопів “Габбл” і “Вебб”», — сказав співавтор дослідження Рогір Віндгорст (Rogier Windhorst), міждисциплінарний дослідник в місії космічного телескопа Джеймса Вебба, професор в Університеті штату Аризона.
«Наступне питання полягає в тому, де знаходяться ці чорні діри і як вони рухалися протягом останніх 8 мільярдів років. Науковці працюють над тим, щоб нині це з’ясувати», — сказав Крокер. Наука вимагає більших можливостей для досліджень і спостережень, і тепер, коли працює DESI, дослідження темної енергії тільки починається.
«Це внесе більше глибини та ясності в наше розуміння темної енергії, незалежно від того, підтверджує воно гіпотезу про чорну діру чи ні», — сказав Ален. «Я вважаю, що як експериментальна спроба це дуже добре. Ви можете мати упереджені погляди, але ми спираємося на дані та спостереження».
Незалежно від того, що принесуть ці майбутні спостереження, робота, яку дослідники виконують нині, — це кардинальні зміни в дослідженнях темної енергії, заявила наукова група.
«По суті питання, чи є чорні діри темною енергією, пов’язаною зі Всесвітом, який вони населяють, перестало бути лише теоретичним», — сказав Тарле. «Зараз це експериментальне питання».
За інф. з сайту https://phys.org підготував Іван Крячко
