超大質量ブラックホールと暗黒エネルギーを結び付ける新理論

物議を醸している新しい理論は、ほとんどの大きな銀河の中心に潜む超大質量ブラックホールが暗黒エネルギーの源であり、宇宙の加速膨張を駆動する神秘的な力である可能性があることを示唆しています.

「宇宙論的カップリング」と呼ばれる示唆されたリンクは、遠方の銀河の中心にあるブラックホールの観測から生まれました。ブラックホールは、単に質量を降着したり、他のブラックホールと合体したりするよりも急速に成長したようです。

これをさらに調査し、主執筆者を含むチーム ダンカン・ファラー ハワイ大学マノア校、結合の強さは、ブラックホールの成長が宇宙の加速膨張と一致したことを意味することを発見しました。

「暗黒エネルギーのどのモデルが最も正しい可能性が高いかについての合意はありませんが、暗黒エネルギーの最も単純なモデルは「宇宙定数」です。 このモデルでは、宇宙全体が均一で一定のエネルギー密度で満たされています」とファラーは言います。 フィジックスワールド。 「これはそれほど不思議なことではありませんが、宇宙が膨張してもエネルギー密度は一定に保たれなければなりません。 必要な方法で動作する既知のオブジェクトはありません。 このため、真空自体の特性であると考える人もいます。」

ブラックホールのほとんどのモデルは、その中心に特異点があることを示唆しています。これは、質量が極小の点に圧縮され、無限に密になる点です。 新しい宇宙論的カップリングは、この特異点を暗黒エネルギーの源として提案されている真空エネルギーに置き換えます。

研究者は、XNUMX つの論文で理論を詳しく説明しています。 アストロフィジカル·ジャーナル & 天体物理学ジャーナルの手紙, 宇宙論的つながりのさまざまな側面を提示し、最初の「暗黒エネルギーの天体物理学的説明」を提供します。

天体物理学の暗黒エネルギーモデルの証拠

最初の論文で、チームは現在活動していない「赤くて死んだ」楕円銀河の中心にあるブラック ホールを調べました。

「これらの銀河はそれほど多くのことを期待されていないため、中心のブラック ホールが時間とともに大きく成長することは期待されていません」とファラー氏は説明します。 「ブラックホールの成長のすべての可能な「通常の」チャネルを考慮した後、これらのブラックホールは、約10億年前と現在の間で質量が大幅に増加していることを発見しました。質量はほぼXNUMX倍です. これは驚くべきことであり、説明するのは簡単ではありません。」

XNUMX 番目の論文で、チームは、この予想外のブラック ホールの質量増加が、宇宙論的結合のみによる宇宙の膨張の結果であるかどうかを発見しようとしました。

「私たちの XNUMX 番目の論文は、この質量増加率が、宇宙の体積と同期して増加するブラック ホールの質量と一致することを示しています」とファラーは言います。 「つまり、宇宙の体積が XNUMX 倍になると、ブラック ホールの質量も XNUMX 倍になります。」

この結果が正しければ、宇宙の体積が XNUMX 倍になると、特定のブラック ホールの質量は XNUMX 倍になりますが、ブラック ホールは特定の天体であるという事実により、単位体積あたりのブラック ホールの数は依然として半分になるとファラーは説明しています。 .

「これらXNUMXつのことをまとめると、宇宙が膨張してもブラックホールの質量密度は一定に保たれます。 これはまさに、加速する膨張を引き起こす「何か」に期待される挙動です」とファラーは言います。 「このような振る舞いを示す物体は他にないので、ブラック ホールはその「何か」であると主張します。 したがって、ダーク エネルギーは真空自体の特性である必要はなく、均一である必要もありません。 それはブラック ホールの中に存在する可能性があり、XNUMX 年代半ばから予測されてきた、大きな星が崩壊するときに生成される可能性があります。」

チームの宇宙カップリング理論の重要な魅力の XNUMX つは、一部の暗黒エネルギー モデルでは宇宙のモデルに追加を行う必要があるものの、このモデルに必要なすべての要素が既に知られていることです。

「それは、私たちがすでに存在することを知っているもの、つまりブラックホールからの暗黒エネルギーの源を提供します. 新しいタイプのオブジェクトや新しい粒子は必要ありません」とファラーは言います。

物議を醸すカップリング

新しい理論は、物理学界での論争なしには成立せず、多くの研究者はまだこの宇宙論的結合を受け入れたがらない.

「私は厄介なことを見つけることができます」とユニバーシダッド ECCI の宇宙論者 Luz Ángela García は言います フィジックスワールド。 「彼らの観測がブラックホールが暗黒エネルギーから作られているという証拠を示していると言うのは、特に、ブラックホールの『内部』で測定を行うことができないため、一筋縄ではいかないように思えます。」

ガルシアはまた、ダーク エネルギーをブラック ホールに結びつけることによって、チームの理論がこの力を星のライフ サイクルに結びつけ、「非常に危険」であると説明しているという事実にも悩まされています。 これは、科学者が宇宙のエネルギー-物質含有量を考慮すると、このモデルのブラック ホールと暗黒エネルギーは、宇宙のエネルギー-物質含有量の 5% の「普通の物質」の割合ですでに説明されているためです。

最後に、ガルシアは、宇宙のタイムラインには XNUMX 億年のギャップがあり、チームの理論が埋めるのに苦労していると述べています。

「ブラック ホールとクエーサーの数のピークは、約 10 億年前の星形成の歴史のピークと一致し、その後、これらの巨大な天体の数は急速に減少します」と彼女は説明します。 「一方で、暗黒エネルギーの支配のキックスタートは、XNUMX 億年ほど前に発生します。」

新しい世代が宇宙定数を引き継ぐ

では、ブラック ホールが暗黒エネルギーの源であるなら、なぜ暗黒エネルギーが他の形態の物質やエネルギーを支配するのに XNUMX 億年かかるのでしょうか?

「その考えを完全に排除することはできませんが、ブラック ホールが暗黒エネルギーの源である可能性は非常に低いと思われます」と彼女は結論付けています。

ファラー自身も、暗黒エネルギーの謎はまだ解決されていないことに同意しており、XNUMX つの論文が暗黒エネルギーの天体物理学的発生源の証拠を提供している一方で、彼らの議論にはさらに精査が必要であることを認めています。

「暗黒エネルギーは依然として非常に神秘的な現象です」とファラーは結論付けています。 「私たちの論文は、暗黒エネルギーの源としてのブラックホールの可能性を高め、『興味深い仮説』を提供していると言えますが、現時点ではそれ以上のものではありません。」

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/new-theory-links-supermassive-black-holes-and-dark-energy/