Nowa teoria łączy supermasywne czarne dziury i ciemną energię

Kontrowersyjna nowa teoria sugeruje, że supermasywne czarne dziury, które czają się w sercach większości dużych galaktyk, mogą być źródłem ciemnej energii, tajemniczej siły napędzającej przyspieszającą ekspansję wszechświata.

Sugerowane powiązanie – określane jako „sprzężenie kosmologiczne” – narodziło się z obserwacji czarnych dziur w sercach odległych galaktyk, które wydają się rosnąć szybciej, niż pozwala na to zwykła akrecja masy lub łączenie się z innymi czarnymi dziurami.

Badając to dalej, zespół, w tym główny autor Duncana Farraha z Uniwersytet Hawajski w Mānoa, odkryli, że siła sprzężenia oznacza, że ​​wzrost czarnych dziur odpowiadał przyspieszającej ekspansji Wszechświata.

„Nie ma zgody co do tego, który model ciemnej energii jest najprawdopodobniej poprawny, ale najprostszym modelem ciemnej energii jest 'stała kosmologiczna'. W tym modelu cały wszechświat jest przeniknięty jednolitą i stałą gęstością energii” – mówi Farrah Fizyka Świat. „To nie brzmi tak tajemniczo, ale gęstość energii musi pozostać stała, nawet gdy wszechświat się rozszerza. Nie jest znany obiekt, który zachowywałby się w wymagany sposób. Z tego powodu niektórzy uważają, że jest to właściwość samej próżni”.

Większość modeli czarnych dziur sugeruje, że ich sercem jest osobliwość, punkt, w którym masa jest ściśnięta do nieskończenie małego punktu, a tym samym staje się nieskończenie gęsta. Nowe sprzężenie kosmologiczne zastępuje tę osobliwość energią próżni, proponowaną jako źródło ciemnej energii.

Naukowcy wyszczególniają teorię w dwóch artykułach, opublikowanych w Astrophysical Journal i The Astrophysical Journal Letters, zarówno przedstawiając różne aspekty połączenia kosmologicznego, jak i dostarczając pierwszego „astrofizycznego wyjaśnienia ciemnej energii”.

Dowody na istnienie astrofizycznego modelu ciemnej energii

W pierwszym artykule zespół przyjrzał się czarnym dziurom w centrach „czerwonych i martwych” galaktyk eliptycznych, które obecnie są nieaktywne.

„Ponieważ nie oczekuje się, że te galaktyki będą robić wiele, ich centralne czarne dziury nie będą się zbytnio rozrastać z upływem czasu” – wyjaśnia Farrah. „Odkryliśmy, że po uwzględnieniu wszystkich możliwych„ normalnych ”kanałów wzrostu czarnych dziur, te czarne dziury nadal wykazują duży wzrost masy między około 10 miliardami lat temu a dzisiaj – prawie dziesięciokrotnie. To zaskakujące i niełatwe do wyjaśnienia”.

W swoim drugim artykule zespół próbował odkryć, czy ten nieoczekiwany wzrost masy czarnej dziury może być wynikiem rozszerzania się Wszechświata poprzez samo sprzężenie kosmologiczne.

„Nasz drugi artykuł pokazuje, że to tempo wzrostu masy jest zgodne ze wzrostem masy czarnych dziur w synchronizacji z objętością Wszechświata” – mówi Farrah. „Oznacza to, że jeśli objętość wszechświata podwoi się, to samo stanie się z masą czarnych dziur”.

Farrah wyjaśnia, że ​​jeśli wynik jest poprawny, to jeśli objętość wszechświata podwoi się, masa danej czarnej dziury podwoi się, ale liczba czarnych dziur na jednostkę objętości nadal zmniejszy się o połowę ze względu na fakt, że czarne dziury są obiektami specyficznymi .

„Łącząc te dwie rzeczy razem, gęstość masy czarnych dziur pozostanie stała w miarę rozszerzania się wszechświata. Dokładnie takiego zachowania oczekuje się od „czegoś”, co powoduje przyspieszoną ekspansję” — mówi Farrah. „Ponieważ żaden inny obiekt nie wykazuje takiego zachowania, argumentuje, że czarne dziury są tym „czymś”. Tak więc ciemna energia nie musi być właściwością samej próżni i nie musi być jednorodna. Może znajdować się w czarnych dziurach i być wytwarzana, gdy duże gwiazdy zapadają się w wyniku śmierci, co przewidywano od połowy lat sześćdziesiątych”.

Jednym z kluczowych argumentów teorii sprzężeń kosmologicznych zespołu jest to, że chociaż niektóre modele ciemnej energii wymagają uzupełnienia naszych modeli wszechświata, wszystkie elementy potrzebne do tego modelu są już znane.

„Zapewnia źródło ciemnej energii z czegoś, o czym już wiemy, że istnieje, a mianowicie z czarnych dziur. Nie ma potrzeby tworzenia nowego typu obiektu lub nowej cząstki” – mówi Farrah.

Kontrowersyjne połączenie

Nowa teoria nie przeszła bez kontrowersji w kręgach fizyków, a wielu badaczy nie chce jeszcze zaakceptować tego kosmologicznego sprzężenia.

„Potrafię dostrzec niepokojące rzeczy” — mówi kosmolog z Universidad ECCI, Luz Ángela García Fizyka Świat. „Powiedzenie, że ich obserwacje dostarczają dowodów na to, że czarne dziury powstały z ciemnej energii, wydaje się strzałem w dziesiątkę, w szczególności dlatego, że nie możemy wykonywać pomiarów „wewnątrz” czarnej dziury”.

García jest również zaniepokojony faktem, że łącząc ciemną energię z czarnymi dziurami, teoria zespołu łączy tę siłę z cyklem życia gwiazd, opisując ją jako „bardzo ryzykowną”. Dzieje się tak, ponieważ kiedy naukowcy biorą pod uwagę zawartość energii i materii we wszechświecie, czarne dziury, a tym samym ciemna energia w tym modelu zostały już uwzględnione w 5% proporcji „zwykłej materii” zawartości energii i materii we wszechświecie.

Na koniec García zauważa, że ​​oś czasu wszechświata pozostawia lukę dwóch miliardów lat, którą teoria zespołu stara się wypełnić.

„Szczyt liczby czarnych dziur i kwazarów zbiega się ze szczytem historii formowania się gwiazd około 10 miliardów lat temu, po czym następuje gwałtowny spadek liczby tych masywnych obiektów” – wyjaśnia. „Z drugiej strony początek dominacji ciemnej energii ma miejsce mniej więcej osiem miliardów lat temu”.

Nowa generacja przyjmuje stałą kosmologiczną

Więc jeśli czarne dziury są źródłem ciemnej energii, pyta García, dlaczego ciemna energia potrzebuje dwóch miliardów lat, aby zdominować inne formy materii i energii?

„Chociaż nie możemy całkowicie wykluczyć tego pomysłu, wydaje mi się bardzo mało prawdopodobne, aby czarne dziury były źródłem ciemnej energii” – podsumowuje.

Sam Farrah zgadza się, że tajemnica ciemnej energii jest daleka od rozwiązania, przyznając, że chociaż oba artykuły dostarczają dowodów na astrofizyczne źródło ciemnej energii, ich argumentacja wymaga znacznie dokładniejszej analizy.

„Ciemna energia pozostaje głęboko tajemniczym zjawiskiem” – podsumowuje Farrah. „Powiedziałbym, że nasze artykuły podnoszą możliwość istnienia czarnych dziur jako źródła ciemnej energii i dostarczają„ interesującej hipotezy ”, ale obecnie nic więcej”.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/new-theory-links-supermassive-black-holes-and-dark-energy/