Ny teori kopplar samman supermassiva svarta hål och mörk energi

En kontroversiell ny teori tyder på att supermassiva svarta hål som lurar i hjärtat av de flesta stora galaxer kan vara källan till mörk energi, den mystiska kraften som driver den accelererande expansionen av universum.

Den föreslagna länken - kallad en "kosmologisk koppling" - föddes från observationer av svarta hål i hjärtat av avlägsna galaxer som verkar ha vuxit snabbare än att bara ansamling av massa eller sammanslagning med andra svarta hål skulle tillåta.

Undersöker detta ytterligare, teamet, inklusive huvudförfattaren Duncan Farrah från University of Hawaii i Manoa, upptäckte att styrkan på kopplingen betyder att tillväxten av de svarta hålen matchade den accelererande expansionen av universum.

”Det finns ingen enighet om vilken modell för mörk energi som är mest sannolikt korrekt, men den enklaste modellen för mörk energi är en 'kosmologisk konstant'. I den här modellen genomsyras hela universum av enhetlig och konstant energitäthet”, berättar Farrah Fysik värld. "Det här låter inte så mystiskt, men energitätheten måste förbli konstant även när universum expanderar. Det finns inget känt föremål som beter sig på det sätt som krävs. På grund av detta anses det av vissa vara en egenskap hos själva vakuumet."

De flesta modeller av svarta hål tyder på att i deras hjärta finns en singularitet, en punkt där massan kläms in i en oändligt liten punkt och därmed blir oändligt tät. Den nya kosmologiska kopplingen ersätter denna singularitet med vakuumenergi, föreslagen som källan till mörk energi.

Forskarna beskriver teorin i två artiklar, publicerade i The Astrophysical Journal och The Astrophysical Journal Letters, med att både lägga ut olika aspekter av den kosmologiska kopplingen och tillhandahålla den första "astrofysiska förklaringen av mörk energi".

Bevis för en astrofysisk mörkenergimodell

I den första tidningen tittade teamet på svarta hål i mitten av "röda och döda" elliptiska galaxer som för närvarande är inaktiva.

"Eftersom dessa galaxer inte förväntas göra mycket, förväntas deras centrala svarta hål inte växa mycket med tiden," förklarar Farrah. "Vi fann att, efter att ha tagit hänsyn till alla möjliga "normala" kanaler för tillväxt av svarta hål, visar dessa svarta hål fortfarande en stor ökning i massa mellan cirka sju miljarder år sedan och idag – nästan en faktor 10 i massa. Detta är förvånande och inte så lätt att förklara.”

I sin andra artikel försökte teamet upptäcka om denna oväntade massatillväxt av svarta hål kan vara resultatet av universums expansion enbart via kosmologisk koppling.

"Vårt andra dokument visar att denna massökningshastighet överensstämmer med massan av de svarta hålen som ökar i takt med universums volym", säger Farrah. "Det vill säga, om universums volym fördubblas, så fördubblas massan av de svarta hålen."

Farrah förklarar att om resultatet är korrekt, om universums volym fördubblas, kommer massan av ett givet svart hål att fördubblas, men antalet svarta hål per volymenhet kommer fortfarande att halveras på grund av det faktum att svarta hål är specifika objekt .

"Om de två sakerna sätts samman, kommer masstätheten av svarta hål att förbli konstant när universum expanderar. Detta är precis det beteende som förväntas av "något" som ger upphov till accelererande expansion, säger Farrah. "Eftersom inget annat föremål uppvisar detta beteende, hävdar det att svarta hål är det där "något". Så mörk energi behöver inte vara en egenskap hos själva vakuumet, och den behöver inte vara enhetlig. Den kan vistas i svarta hål och produceras när stora stjärnor kollapsar i döden, något som har förutspåtts sedan mitten av sextiotalet."

En av de viktigaste överklagandena av teamets kosmologiska kopplingsteori är att även om vissa mörkenergimodeller kräver tillägg till våra modeller av universum, är alla element som behövs för denna modell redan kända.

"Det ger en källa för mörk energi från något vi redan vet finns, nämligen svarta hål. Det finns inget behov av någon ny typ av föremål eller ny partikel, säger Farrah.

En kontroversiell koppling

Den nya teorin har inte gått utan kontroverser i fysikkretsar, med många forskare som inte är villiga att acceptera denna kosmologiska koppling ännu.

"Jag kan upptäcka saker som är oroande," säger Universidad ECCI kosmolog Luz Ángela García Fysik värld. "Att säga att deras observation ger bevis för att svarta hål är gjorda av mörk energi verkar vara ett långt skott, i synnerhet eftersom vi inte kan utföra mätningar "inuti" det svarta hålet."

García är också bekymrad över det faktum att genom att koppla mörk energi till svarta hål kopplar teamets teori denna kraft till stjärnornas livscykel, och beskriver den som "mycket riskabel". Detta beror på att när forskare överväger universums energi-materia-innehåll, har svarta hål och därmed mörk energi i denna modell redan tagits med i andelen 5 % "vanlig materia" av universums energi-materia-innehåll.

Slutligen noterar García att universums tidslinje lämnar ett gap på två miljarder år som teamets teori kämpar för att fylla.

"Toppen av antalet svarta hål och kvasarer sammanfaller med toppen av stjärnbildningshistorien för cirka 10 miljarder år sedan, och efter det sker en snabb minskning av antalet av dessa massiva objekt", förklarar hon. "Å andra sidan inträffar kickstarten av mörkerenergins dominans för mer eller mindre för åtta miljarder år sedan."

En ny generation tar sig an den kosmologiska konstanten

Så om svarta hål är källan till mörk energi, frågar García, varför tar det mörk energi två miljarder år att dominera andra former av materia och energi?

"Även om vi inte kan utesluta idén helt, förefaller det mig att det är mycket osannolikt att svarta hål är källan till mörk energi", avslutar hon.

Farrah själv håller med om att mysteriet med mörk energi är långt ifrån löst, och erkänner att även om de två tidningarna ger bevis på en astrofysisk källa för mörk energi, behöver deras argument mycket mer granskning.

"Mörk energi förblir ett djupt mystiskt fenomen", avslutar Farrah. "Jag skulle säga att våra tidningar lyfter möjligheten av svarta hål som en källa för mörk energi och ger en "intressant hypotes", men för närvarande inte mer än så."

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/new-theory-links-supermassive-black-holes-and-dark-energy/