Черные дыры — источник темной энергии? Революционная теория предлагает решение одной из главных загадок космологии

«Мы начали с изучения того, как черные дыры растут со временем, а возможно, нашли ответ на одну из самых больших проблем в космологии», — говорит астрофизик из Имперского колледжа Лондона Дэйв Клемметс, один из соавторов исследования. В своей работе ученые пришли к интересному выводу — черные дыры могут быть источником темной энергии, а потому они растут в результате расширения Вселенной.

Кто в главных ролях?

Давайте быстренько разберемся, ху из ху. Черные дыры считаются одними из самых загадочных и мощных объектов во Вселенной, а ученые до сих пор исследуют их многочисленные секреты.

Это очень плотные и компактные области пространства-времени, обладающие мощной гравитацией и возникающие после смерти массивных звезд.

Гравитация черных настолько сильна, что вырваться из нее не может даже свет — именно поэтому эти объекты получили такое название, ведь увидеть их невозможно. Исследователи наблюдают за ними опосредованно — из-за их гравитационного влияния на соседние объекты и окружающий их газ.

Черные дыры бывают совершенно разными — от сверхмассивных, в миллионы раз превышающих массу Солнца (такие обычно располагаются в центре галактик), до совсем небольших, которые массивнее нашей звезды лишь в несколько раз (такие черные дыры очень маленькие, размером примерно с апельсин).

Темная энергия — это еще один вопросительный знак, ведь о ней, как и о темной материи, ученые знают очень немного. На самом деле у нас до сих пор нет ни одного примера прямого наблюдения этих компонентов Вселенной — ученые лишь предполагают об их существовании, хотя и опираются на достаточно прочные теории, ведь видят их влияние на другие космические объекты.

Согласно общепринятой теории Большого взрыва, наша Вселенная возникла около 13,7 млрд лет назад. Здесь важно не путать понятия и понимать, что это не был взрыв в классическом понимании этого слова — это, скорее, одномоментное и синхронное расширение пространства, которое происходит и сейчас.

Ученые долгое время полагали, что этот процесс постепенно замедляется из-за действия гравитации, которая должна была противостоять этой энергии расширения. Однако в конце 1990-х гг. наблюдения с помощью космического телескопа Хаббл показали нам, что на самом деле расширение Вселенной становится стремительней. Это было неожиданно, поэтому исследователи предложили ввести понятие темной энергии — неизвестного вида энергии, ответственной за этот процесс.

И как все работает вместе?

Итак, у нас есть черные дыры, и у нас есть темная энергия. Как они вообще могут быть связаны, если первое — это мертвые звезды, а другое — энергия, постоянно увеличивающая наш космический дом?

В ходе своего исследования ученые наблюдали за гигантскими эллиптическими галактиками — это галактики, форма которых похожа на эллипс (неожиданно, да?) с гладким, почти бесформенным изображением.

Ученых интересовали те из них, которые появились в первые годы существования Вселенной — это значит, что до сих пор у них почти не осталось звезд, которые могли бы подпитывать сверхмассивные черные дыры в их центрах. Сравнение их с младшими галактиками показало, что черные дыры у старых продолжают расти — причем настолько, что объяснить это обычной аккрецией материала и слиянием с другими черными дырами невозможно.

Так, наблюдения показали, что современные черные дыры в 7−20 раз больше, чем 9 млрд лет назад. Учитывая, что у них в галактиках уже почти не было «топлива» для подобного расширения, современные теории не дают ответа на вопрос, как это произошло.

Ученые уверены — это доказательство того, что черные дыры действительно содержат энергию вакуума, который является частью темной энергии. «В то же время мы высказываем два утверждения: обычные теории черных дыр не работают, если изучать их эволюцию в течение длительного времени; и что мы впервые предлагаем астрофизический источник темной энергии», — говорит Дункан Фарра, астроном Гавайского университета, руководивший исследованием.

Стало быть, исследователи полагают, что черные дыры растут благодаря расширению Вселенной, поскольку они являются источником темной энергии. Чем больше во Вселенной темной энергии — тем быстрее она расширяется и тем быстрее растут черные дыры.

«Мы не утверждаем, что до нас никто не предлагал источники темной энергии. Однако это первая статья с наблюдениями, где мы не придумываем ничего нового, что должно существовать во Вселенной для создания темной энергии, ведь черные дыры и являются темной энергией», — объясняет ученый.

Расчеты показали, что имеющиеся черные дыры могли бы обеспечить необходимое количество темной энергии, существующей во Вселенной. Это не только объяснило бы происхождение этой компоненты космоса, решив одну из важнейших задач космологии, но и заставило бы пересмотреть наше понимание о черных дырах и их роли в космосе.

Конечно, так просто это не произойдет — понадобится еще много дополнительных исследований, которые могли бы проверить эту идею. Тем не менее ученые предложили и, главное, обосновали новый способ решения проблемы существования темной энергии.