Учёные указали на потенциальную связь между тёмной энергией и чёрными дырами. Новое исследование предполагает, что по мере того, как всё больше чёрных дыр рождалось в «небольших эпизодах обратного воспроизведения Большого взрыва» в космосе возрастом 14,6 миллиарда лет, сила тёмной энергии становилась всё более доминирующей и продолжает меняться до сих пор.

Тёмная энергия — это условное название таинственной силы, ускоряющей расширение Вселенной в нынешнюю эпоху. Она вызывает беспокойство, потому что учёные понятия не имеют, что такое тёмная энергия, при том, что она доминирует в нашей Вселенной, составляя около 70 % космического бюджета материи и энергии. Однако так было не всегда. До наступления эпохи доминирования тёмной энергии Вселенной управляли материя и гравитация. Они сумели замедлить её первоначальное расширение, вызванное Большим взрывом, до почти полной остановки. Затем, около 5 миллиардов лет назад, тёмная энергия совершила свой космический переворот, снова «ударив по газам» в процессе расширения Вселенной. Проблема в том, что никто не знает, откуда она взялась и как произошёл этот переход от доминирования материи к тёмной энергии.

Чтобы разгадать эту загадку, группа учёных задалась вопросом: где в современной Вселенной гравитация так же сильна, как в начале существования Вселенной? Ответ находится только в сердце чёрных дыр. Таким образом, команда предположила, что чёрные дыры могут быть «космически связаны» с тёмной энергией.

 Изображение протокластера PHz G191.24+62.04, рождающего звезды, сделанное «Уэббом»; таким кластер был 11 миллиардов лет назад. В этом регионе также быстро рождаются чёрные дыры
Изображение протокластера PHz G191.24+62.04, рождающего звезды, сделанное «Уэббом»; таким кластер был 11 миллиардов лет назад. В этом регионе также быстро рождаются чёрные дыры

«Согласно гипотезе космологической связи, чёрные дыры связаны с расширяющейся Вселенной и заполнены тёмной энергией, которая растёт по мере расширения Вселенной», — рассказал Space.com член команды Грегори Тарле, профессор физики из Мичиганского университета. «Эта новая разработка даёт подтверждение тому, что космологически связанные чёрные дыры вполне могут быть тёмной энергией Вселенной».

По словам Тарле, это может быть связано с тем, что когда чёрная дыра образуется в процессе гибели и гравитационного коллапса другой чёрной дыры, это напоминает обратное воспроизведение Большого взрыва. Во время этого процесса материя массивной звезды, породившей чёрную дыру, превращается в тёмную энергию в процессе её полного гравитационного коллапса.

Если чёрные дыры содержат тёмную энергию, то, по теории команды, она может соединяться с тканью Вселенной и приводить в движение её ускоряющееся расширение. У них пока нет подробностей того, как это происходит, но есть доказательства в пользу этого предположения.

«Это новое достижение подтверждает, что космологически связанные чёрные дыры вполне могут быть тёмной энергией Вселенной», — сказал Тарле. «Вполне вероятно, что это приблизит нас к открытию истинной природы тёмной энергии. Возможно, это также приблизит нас к пониманию истинной природы чёрных дыр».

Сердце тайны лежит в сердце чёрных дыр

Команда уже во второй раз публикует исследование, посвящённое космологической связи между чёрными дырами и тёмной энергией.

«Первое исследование, которое мы опубликовали в феврале 2024 года, показало влияние расширяющейся Вселенной на рост сверхмассивных чёрных дыр в пассивно эволюционирующих эллиптических галактиках», — говорит Тарле. «Если бы все чёрные дыры росли таким образом, они могли бы в совокупности объяснить плотность тёмной энергии во Вселенной сегодня».

Для нового исследования они обратились к данным спектроскопического прибора Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Он состоит из 5 000 роботизированных «глаз», установленных на телескопе Mayall в Национальной обсерватории Китт-Пик. DESI исследует десятки миллионов галактик и квазаров, чтобы построить трёхмерную карту Вселенной радиусом в 11 миллиардов световых лет.

В первый год работы по пятилетней программе DESI учёные произвели фурор, предположив, что плотность тёмной энергии во Вселенной меняется.

«Обычно считается, что тёмная энергия — это свойство пространства, и поэтому её плотность однородна и постоянна. DESI только что предоставил интригующие свидетельства того, что плотность тёмной энергии не является постоянной — она меняется во времени», — сказал Тарле. «Теория сопряжения даёт возможное объяснение физического механизма этого изменения».

Команда сравнила данные DESI об изменении тёмной энергии с количеством чёрных дыр, рождённых в результате гибели массивных звёзд за всю космическую историю. Это показало, что с ростом числа чёрных дыр содержание тёмной энергии во Вселенной увеличивалось параллельно. Это означает, что связь между тёмной энергией и чёрными дырами по меньшей мере правдоподобна.

 Диаграмма эволюции Вселенной от начала Большого взрыва до современной эпохи.
Диаграмма эволюции Вселенной от начала Большого взрыва до современной эпохи.

Показав изменение плотности тёмной энергии, о котором свидетельствуют данные первого года работы DESI, и которое можно объяснить чёрными дырами, образующимися из тяжёлых звёзд в период пика звёздообразования, команда получила экспериментальное подтверждение своей теории.

«Показав, как рост плотности тёмной энергии соответствует появлению и росту чёрных дыр в расширяющейся Вселенной, мы провели независимое наблюдение, дополняющее наблюдение за ростом чёрных дыр в процессе расширения Вселенной», — продолжает Тарле.

 Связь тёмной энергии и чёрных дыр может объяснить, что лежит в основе чёрных дыр, подобных этой, изображённой телескопом Event Horizon Telescope в центре далёкой галактики M87.
Связь тёмной энергии и чёрных дыр может объяснить, что лежит в основе чёрных дыр, подобных этой, изображённой телескопом Event Horizon Telescope в центре далёкой галактики M87.

Хотя исследователь из Мичиганского университета и его коллеги пока не готовы объяснить, как связаны тёмная энергия и тёмная материя, Тарле готов высказать свои предположения.

«В самой ранней Вселенной, когда гравитация была очень сильной, некая форма тёмной энергии привела к экспоненциальному раздуванию Вселенной. В результате какого-то неизвестного процесса эта энергия превратилась в материю, из которой состоит сегодняшняя Вселенная», — объясняет Тарле. «Можно предположить, что в центре чёрных дыр, единственном месте в современной Вселенной, где гравитация так же сильна, как и во время инфляции, материя превращается в тёмную энергию в результате обратного процесса».

По словам Тарле, прелесть этой теории заключается в том, что она не только помогает объяснить тёмную энергию и то, откуда она появилась, но и помогает решить затянувшуюся проблему в науке, связанную с чёрными дырами.

В настоящее время в центре чёрных дыр, по крайней мере, в теории, существует сингулярность — точка, где уравнения теории гравитации и общей теории относительности Эйнштейна уходят в бесконечность и, таким образом, где вся физика разрушается. Космологическая связь тёмной энергии и чёрных дыр устраняет эту сингулярность.

«Наша теория имеет дополнительное преимущество — она предоставляет механизм, с помощью которого можно избежать центральной сингулярности», — добавил Тарле. «Эйнштейн никогда не верил в сингулярность в центре чёрных дыр и считал, что это является неудачей его теории».

Тарле объяснил, что эта работа может развиваться по целому ряду возможных направлений. Он добавил, что существует множество «следующих шагов», которые может предпринять команда. Среди них — посмотреть, сохранятся ли результаты, когда DESI выпустит очередной набор данных за 3 года наблюдений, которые, как ожидается, появятся в течение нескольких месяцев.

Исследователи также попытаются понять распределение космологически связанных чёрных дыр во Вселенной и поработать над изучением «внутренностей» этих чёрных дыр.

«По сути, вопрос о том, являются ли чёрные дыры тёмной энергией, связанной со Вселенной, которую они населяют, перестал быть только теоретическим», — заключил Тарле. «Теперь это экспериментальный вопрос».

Комментарии (3)


  1. pda0
    08.11.2024 09:31

    Mass Effect 2 прямо получается... :)


  1. kauri_39
    08.11.2024 09:31

    Всё лучше и лучше. Хорошо бы таким фантазёрам отдохнуть недельку рядом с озером, зарастающим ряской. Может, они бы задумались, не является ли плёнка ряски, ускоренно растущая на поверхности воды, аналогом расширения пространства - физического вакуума - нашей Вселенной? Такую ряску можно представить как 3-мерное пространство-время, ведь расширяется она не только в двумерном пространстве, но и во времени. Это происходит благодаря её вложенности в пространство большей размерности - в 4-мерный объём воды и воздуха над ним, освещаемый Солнцем. Из него к ряске поступают молекулы и энергия для образования новых (дочерних) растений ряски, которые и побуждают всю её плёнку расширяться на поверхности водоёма. Значит, и 4-мерное пространство-время нашей Вселенной тоже может быть вложено в пространство большей размерности, из которого во вселенский объём вакуума поступают его новые кванты. Отсюда и его ускоренное расширение, наблюдаемое по движению скоплений галактик.

    Гравитацию тоже можно объяснить с привлечением пространства большей размерности. Киньте в ряску камушек. Он унесёт часть ряски на дно озера (в это пространство), и от него останется дырка, которая быстро затягивается окружающей ряской. Это и есть аналог тела. А ряска, с ускорением затягивающая дырку - это аналог гравитационного поля. Чтобы задать постоянное во времени "тело", нужно постоянно бросать в дырку камни одинакового размера. Тогда оно будет иметь постоянное "гравитационное поле". Соответственно и материя Вселенной постоянно поглощает и выводит в 5-мерное пространство кванты вакуума, создавая своё гравитационное поле - расширение в сторону материи внешнего, более плотного вакуума. И метрика пространства-времени постоянно искривлена в сторону материи. Такой механизм гравитации доказывается эквивалентностью инертной массы и пассивной гравитационной массы, проявляемой в физическом вакууме.

    Замеченную Тарле связь между ростом плотности тёмной энергии и ростом массы чёрных дыр (даже в пассивно эволюционирующих галактиках) можно объяснить иначе. Тарле почти высказал эту идею: "некая форма тёмной энергии привела к экспоненциальному расширению Вселенной. В результате какого-то неизвестного процесса эта энергия превратилась в материю". Если допускается образование реальных частиц материи из виртуальных (квантов вакуума) на горизонте событий чёрных дыр (излучение Хокинга), то этот процесс может протекать и под горизонтом ЧД. Причём все новообразованные частицы будут падать в сингулярность ЧД и увеличивать их массу. Больше плотность тёмной энергии - больше квантов вакуума втягивается в ЧД, и большее их число становится квантами материи, питающими чёрные дыры.


  1. Arxitektor
    08.11.2024 09:31

    Теория конечно интересная. А может черные дыры реально дыры только в пространство с темной энергией то есть любая черная дыра непрерывно излучает темную энергию в наше пространство но вселенная расширяется очень быстро никаких дыр не хватить чтобы "надувать" её так быстро и с таким ускорением. А если действительно есть зависимость между ростом скорости расширения вселенной и массой/количеством черных дыр то в обозримом пространстве можно примерно прикинуть зависимость. Там же ускорение расширения фиксированное. Либо каким-то способом черные дыры повышают плотность темной энергии/(напряженности не известного поля) в пространстве вселенной как будто с ростом количества дыр вселенная как-бы погружается в океане темной энергии что приводит к росту её плотности и влияния на нашу вселенную.

    Ну или вся темная энергия / материя просто статистическая ошибка в расчетах от незнания.