Черните дупки, образувани при "повторението на Големия взрив", могат да обяснят тъмната енергия

Още доказателства за черните дупки като източник на тъмната енергия

Ваня Милева Последна промяна на 04 ноември 2024 в 00:00 6240 0

Концепцията на художник за черни дупки.

Кредит NASA SVS
Концепцията на художник за черни дупки. Екип учени откри още доказателства за черните дупки като източник на мистериозната тъмна енергия.

"Тъмна енергия" е името, дадено на загадъчната сила, движеща ускоряването на разширяването на Вселената в настоящата й епоха. Тревожно е, че учените нямат представа какво представлява тъмната енергия, но въпреки това тя доминира в нашата вселена, съставяйки около 70% от космическата материя/енергия.

Обаче не винаги е било така. Преди епохата, доминирана от тъмната енергия, материята и гравитацията са управлявали Вселената и са успели да забавят нейното първоначално разширение, предизвикано от Големия взрив, до почти пълно спиране. След това тъмната енергия организира своя космически преврат преди около 5 милиарда години, "натискайки отново газта" на разширяването на Вселената. Проблемът е, че никой не знае откъде идва или как се е случило това преминаване от материя към тъмна енергия.

За да се справят с тази мистерия, екип от учени се питат къде в съвременната вселена гравитацията е толкова силна, колкото е била в началото на Вселената? Миналата година бе представена нова интересна теория, която обяснява тази загадъчна сила - черните дупки може да са причината за тъмната енергия! Теорията предполага, че колкото повече черни дупки се образуват във Вселената, толкова по-силно е налягането на тъмната енергия. С други думи: черните дупки са "космологически свързани" с тъмната енергия.

Космическият телескоп "Джеймс Уеб" засне това изображение на клъстер от някои от най-активните звездообразуващи галактики от преди 11 милиарда години, когато Вселената е наближавала пика на звездообразуване. Следователно всяка галактика в това изображение произвежда много черни дупки, които могат да преобразуват материята в тъмна енергия. Кредит: NASA/ ESA/ CSA/ Maria Polletta (INAF)/ Hervé Dole (Paris)/ Brenda Frye (UofA)/ Jordan C. J. D’Silva (UWA)/ Anton M. Koekemoer (STScI)/ Jake Summers (ASU)/ Rogier Windhorst (ASU)/ University of Michigan.

Сега изследване, проведено от Спектроскопския инструмент за тъмна енергия (DESI), изглежда подкрепя тази теория. Екипът наскоро представи проучването си в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. То показва, че плътността на тъмната енергия се увеличава с времето. Това предоставя убедително доказателство в подкрепа на тази идея за това какво е тъмна енергия, съобщават изследователите, тъй като това увеличение на плътността на тъмната енергия с течение на времето корелира с това как броят и масата на черните дупки се увеличават във времето.

Представете си 4 милиарда години назад, в началото на Вселената. Непосредствено след Големия взрив, моментът, в който Вселената се е появила, е имало кратък период, в който Вселената се е разширявала по-бързо от скоростта на светлината. Преди да възразите, че нищо не може да се движи по-бързо от скоростта на светлината, говорим за самата тъкан на пространството и времето, които се разширяват по-бързо от скоростта на светлината. Ограничението на скоростта на светлината се отнася за пътуване през тъканта на пространството, а не за самата тъкан на пространството! Това е инфлационният период.

Енергията, която е движила разширяването в ранната Вселена, има сходство с тъмната енергия - отблъскващата сила, която изглежда прониква във Вселената и движи днешното ускорено разширяване на Вселената.

Илюстрацията показва "стрелката на времето" от Големия взрив до настоящата космологична епоха. Кредит: NASA

Какво обаче представлява тъмната енергия? Смята се, че тя съставлява около 68% от Вселената и за разлика от нормалната материя и енергия изглежда, че има по-скоро отблъскваща, отколкото привличаща сила. Отблъскващата сила е изведена за първи път от наблюденията в края на 90-те години на миналия век, когато астрономите извеждат скоростта на ускорение при наблюдение на далечни свръхнови. Що се отнася до естеството на тъмната енергия, никой не знае какво представлява тя и от какво идва, т.е. досега.

Професор Грегъри Тарл (Gregory Tarle) заявява: "Къде в по-късната Вселена виждаме толкова силна гравитация, каквато е била в началото на Вселената?" Отговорът, продължава Тарл, се крие в центъра на черните дупки.

Тарл и екипът му предполагат, че това, което се е случило по време на инфлационния период, протича в обратна посока в процеса на колапса на масивна звезда в черна дупка. Когато това се случва, материята може би се превръща в тъмна енергия.

"Двете явления са в съответствие едно с друго... колкото повече нови черни дупки се създават при смъртта на масивни звезди, толкова се увеличава количеството тъмна енергия във Вселената. Това прави по-вероятно черните дупки да са източник на тъмна енергия", коментира съавторът Дънкан Фара (Duncan Farrah) от Хавайския университет.

Изображение от NIRCam на JWST на звездообразуващия протоклъстер PHz G191.24+62.04, преди 11 милиарда години, когато Вселената е наближавала своя максимум на звездообразуване. Тези ранни галактики са сред най-активните звездообразуващи галактики, наблюдавани между 10,5 и 11,5 милиарда години. Следователно всяка галактика, наблюдавана на това изображение, произвежда много черни дупки, които превръщат материята в тъмна енергия според хипотезата за космологично свързани черни дупки. На това изображение са показани двата "модула" на NIRCam на JWST: левият модул съдържа протоклъстера, а десният модул е съседно празно поле. Всеки модул вижда хиляди галактики. Кредит: JWST/NIRCam

Екипът е използвал данни от Спектроскопския инструмент за тъмна енергия (Dark Energy Spectroscopic Instrument - DESI), който е монтиран на 4-метровия телескоп Мейъл в Националната обсерватория Кит Пик. Инструментът по същество представлява 5 000 компютърно управлявани оптични влакна, които покриват площ от небето, равна на около 8 квадратни градуса. Доказателствата за наличието на тъмна енергия се постигат чрез изучаване на десетки милиони галактики. Галактиките са толкова отдалечени, че на светлината им са необходими милиарди години, за да достигне до нас. Можем да използваме информацията, за да определим с безпрецедентна точност колко бързо се разширява Вселената.

Данните показват доказателства, че тъмната енергия се увеличава с времето. Това може би само по себе си не е изненадващо, но изглежда точно отразява и увеличаването на черните дупки с времето. Сега, когато DESI е в експлоатация, са необходими още наблюдения, за да се издирят черните дупки и да се направи опит за количествено определяне на тяхното нарастване с времето, за да се провери дали наистина има основания за тази нова вълнуваща хипотеза.

"Това е много вероятно да ни доближи до откриването на истинската природа на тъмната енергия. Може би ще ни доближи и до разбирането на истинската природа на черните дупки", се надява проф. Тарл. 

Хипотезата за космологично свързани черни дупки

Дали растежът на черните дупки, измерен в първото изследване, може да се обясни само с космологичната връзка?

"Можете да си представите свързаната черна дупка като гумен ластик, който се разтяга заедно с Вселената, когато се разширява", обяснява съавторът на изследването и теоретичен астрофизик от Хавайския университет Кевин Крокър  (Kevin Croker). "С разтягането енергията ѝ се увеличава. Айнщайновата формула E = mc² казва, че масата и енергията са пропорционални, така че масата на черната дупка също се увеличава.“

Колко ще се увеличи масата, зависи от силата на свързването - променлива, която изследователите наричат k.

"Колкото по-твърда е гумената лента, толкова по-трудно се разтяга, така че при разтягане се получава повече енергия. Накратко, това е k", посочва Крокър.

Тъй като нарастването на масата на черните дупки от космологичното свързване зависи от размера на Вселената, а в миналото Вселената е била по-малка, черните дупки в първото изследване трябва да са по-малки с правилната стойност, за да работи обяснението на космологичното свързване.

При всяко сравнение изследователите измерват, че k има положителна стойност около 3.

Тази стойност е предсказана за черни дупки, които съдържат вакуумна енергия, вместо сингулярност, по-рано от Крокър, още дипломант, и професора по математика в Хавайския университет Джоел Уайнър.

Крокър и Уайнър вече са показали, че ако k е 3, тогава всички черни дупки във Вселената колективно допринасят за почти постоянна плътност на тъмната енергия, точно както показват измерванията на тъмната енергия.

Черните дупки произлизат от мъртви големи звезди, така че ако се знае колко големи звезди се създават, може да се прецени колко черни дупки се създават и колко нарастват те в резултат на космологичното свързване. Сега екипът установява, че числата съвпадат.

Справка:

Kevin S. Croker et al, DESI dark energy time evolution is recovered by cosmologically coupled black holes, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (2024). DOI: 10.1088/1475-7516/2024/10/094

Duncan Farrah et al 2023 ApJL 944 L31; The Astrophysical Journal Letters, Volume 944, Number 2; DOI 10.3847/2041-8213/acb704

Duncan Farrah et al 2023 ApJ 943 133; The Astrophysical Journal, Volume 943, Number 2 DOI 10.3847/1538-4357/acac2e

Източници:

The Connection Between Black Holes and Dark Energy is Getting Stronger, Universe Today

Black holes that form in 'reverse Big Bang replays' could account for dark energy, space.com

Scientists find first observational evidence linking black holes to dark energy, University of Michigan

Виж още за:
Най-важното
Всички новини

Още от Физика

Коментари

За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !