Nieuwe theorie verbindt superzware zwarte gaten en donkere energie

Een controversiële nieuwe theorie suggereert dat superzware zwarte gaten die op de loer liggen in het hart van de meeste grote sterrenstelsels de bron van donkere energie zouden kunnen zijn, de mysterieuze kracht die de versnelde uitdijing van het universum aandrijft.

De gesuggereerde link – ook wel een “kosmologische koppeling” genoemd – is ontstaan ​​uit waarnemingen van zwarte gaten in het hart van verre sterrenstelsels die sneller lijken te zijn gegroeid dan simpelweg toegroeien van massa of versmelting met andere zwarte gaten mogelijk zou maken.

Onderzoek dit verder, het team, inclusief hoofdauteur Duncan Farrah van het Universiteit van Hawaï in Mānoa, ontdekte dat de kracht van de koppeling betekent dat de groei van de zwarte gaten overeenkwam met de versnelde uitdijing van het universum.

“Er is geen overeenstemming over welk model voor donkere energie waarschijnlijk het meest correct is, maar het eenvoudigste model voor donkere energie is een 'kosmologische constante'. In dit model is het hele universum doordrongen van een uniforme en constante energiedichtheid”, vertelt Farrah Natuurkunde wereld. “Dit klinkt niet zo mysterieus, maar de energiedichtheid moet constant blijven, zelfs als het universum uitdijt. Er is geen object bekend dat zich op de vereiste manier gedraagt. Daarom wordt door sommigen gedacht dat het een eigenschap is van het vacuüm zelf.”

De meeste modellen van zwarte gaten suggereren dat hun kern een singulariteit is, een punt waarop massa wordt samengeperst tot een oneindig klein punt en zo oneindig dicht wordt. De nieuwe kosmologische koppeling vervangt deze singulariteit door vacuümenergie, voorgesteld als de bron van donkere energie.

De onderzoekers beschrijven de theorie in twee artikelen, gepubliceerd in The Astrophysical Journal en De astrofysische journaalbrieven, met zowel verschillende aspecten van de kosmologische connectie als de eerste "astrofysische verklaring van donkere energie".

Bewijs voor een astrofysisch donkere-energiemodel

In het eerste artikel keek het team naar zwarte gaten in de centra van "rode en dode" elliptische sterrenstelsels die momenteel inactief zijn.

‘Omdat van deze sterrenstelsels niet veel wordt verwacht, wordt niet verwacht dat hun centrale zwarte gaten in de loop van de tijd veel zullen groeien’, legt Farrah uit. “We ontdekten dat, na rekening te hebben gehouden met alle mogelijke ‘normale’ kanalen van de groei van zwarte gaten, deze zwarte gaten tussen ongeveer zeven miljard jaar geleden en vandaag nog steeds een grote massatoename vertonen – bijna een factor 10 in massa. Dat is verrassend en niet zo eenvoudig uit te leggen.”

In hun tweede artikel probeerde het team te ontdekken of deze onverwachte massagroei van zwarte gaten het resultaat zou kunnen zijn van de uitdijing van het universum alleen via kosmologische koppeling.

"Ons tweede artikel laat zien dat deze snelheid van massatoename consistent is met de massa van de zwarte gaten die synchroon toeneemt met het volume van het universum", zegt Farrah. "Dat wil zeggen, als het volume van het universum verdubbelt, verdubbelt ook de massa van de zwarte gaten."

Farrah legt uit dat als het resultaat correct is, als het volume van het universum verdubbelt, de massa van een bepaald zwart gat zal verdubbelen, maar het aantal zwarte gaten per volume-eenheid nog steeds zal halveren vanwege het feit dat zwarte gaten specifieke objecten zijn. .

“Als je die twee dingen samenvoegt, dan blijft de massadichtheid van zwarte gaten constant terwijl het universum uitdijt. Dit is precies het gedrag dat wordt verwacht van het 'iets' dat aanleiding geeft tot versnelde expansie', zegt Farrah. “Aangezien geen enkel ander object dit gedrag vertoont, stelt het dat zwarte gaten dat 'iets' zijn. Dus donkere energie hoeft geen eigenschap te zijn van het vacuüm zelf, en het hoeft ook niet uniform te zijn. Het kan zich in zwarte gaten bevinden en worden geproduceerd wanneer grote sterren de dood instorten, iets dat al sinds het midden van de jaren zestig is voorspeld.”

Een van de belangrijkste aantrekkingskrachten van de kosmologische koppelingstheorie van het team is dat hoewel voor sommige donkere-energiemodellen toevoegingen nodig zijn aan onze modellen van het universum, alle elementen die nodig zijn voor dit model al bekend zijn.

"Het biedt een bron voor donkere energie van iets waarvan we al weten dat het bestaat, namelijk zwarte gaten. Er is geen behoefte aan een nieuw type object of nieuw deeltje”, zegt Farrah.

Een omstreden koppeling

De nieuwe theorie is in natuurkundige kringen niet zonder controverse aangenomen en veel onderzoekers zijn nog niet bereid om deze kosmologische koppeling te accepteren.

"Ik kan dingen zien die verontrustend zijn", vertelt Universidad ECCI-kosmoloog Luz Ángela García Natuurkunde wereld. "Zeggen dat hun waarneming het bewijs is dat zwarte gaten uit donkere energie zijn gemaakt, lijkt een gok, vooral omdat we geen metingen 'in' het zwarte gat kunnen uitvoeren."

García maakt zich ook zorgen over het feit dat de theorie van het team, door donkere energie te koppelen aan zwarte gaten, deze kracht koppelt aan de levenscyclus van sterren, en deze als “zeer riskant” omschrijft. Dit komt omdat wanneer wetenschappers kijken naar de energie-materie-inhoud van het universum, zwarte gaten en dus donkere energie in dit model al in aanmerking zijn genomen in het 5% “gewone materie”-aandeel van de energie-materie-inhoud van het universum.

Ten slotte merkt García op dat de tijdlijn van het universum een ​​kloof van twee miljard jaar laat die de theorie van het team maar moeilijk kan vullen.

“De piek van het aantal zwarte gaten en quasars valt samen met de piek van de stervormingsgeschiedenis van ongeveer 10 miljard jaar geleden, en daarna is er een snelle afname van het aantal van deze massieve objecten”, legt ze uit. “Aan de andere kant vindt de kickstart van de overheersing van de donkere energie ongeveer acht miljard jaar geleden plaats.”

Een nieuwe generatie neemt de kosmologische constante over

Dus als zwarte gaten de bron van donkere energie zijn, vraagt ​​García zich af, waarom duurt het dan twee miljard jaar voordat donkere energie andere vormen van materie en energie domineert?

“Hoewel we het idee niet volledig kunnen uitsluiten, lijkt het mij zeer onwaarschijnlijk dat zwarte gaten de bron van donkere energie zijn”, besluit ze.

Farrah zelf is het ermee eens dat het mysterie van donkere energie nog lang niet is opgelost, en erkent dat hoewel de twee artikelen bewijs leveren van een astrofysische bron voor donkere energie, hun argument veel meer onderzoek behoeft.

"Donkere energie blijft een zeer mysterieus fenomeen", concludeert Farrah. "Ik zou zeggen dat onze artikelen de mogelijkheid van zwarte gaten als bron voor donkere energie naar voren brengen en een 'interessante hypothese' bieden, maar op dit moment niet meer dan dat."

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/new-theory-links-supermassive-black-holes-and-dark-energy/