Повелители пространства. Американские ученые раскрыли роль черных дыр во Вселенной

Что выяснили ученые о расширении Вселенной?

«Если черные дыры содержат темную энергию, они могут соединяться с расширяющейся Вселенной и расти вместе с ней, вызывая ускорение ее роста», — поясняет суть работы астрофизик Кевин Кроукер из Университета штата Аризона.

По его словам, мы не можем узнать подробности того, как это происходит, но мы видим свидетельства того, что это происходит.

Исследование, в котором Крокер и его коллеги поясняют свою теорию, опубликовано в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Авторы работы констатируют, что даже не понимая до конца, как и почему происходит расширение Вселенной, мы можем осуществить довольно точные рассчеты, которые показывают, что чем бы не была темная материя, она составляет примерно 70% распределения материи и энергии во Вселенной.

И при этом, то, что мы видим сегодня как расширение, возможно, не всегда было последовательным.

И детальный анализ того, как менялись темпы этого расширения, позволил ученым прийти к пониманию того, что именно является основным инструментом.

Сразу после Большого взрыва Вселенная за доли секунды превратилась из ничего в довольно большое нечто. Затем она некоторое время росла относительно медленно, пока около 5 млрд лет назад в расширении не стала преобладать темная энергия.

Первоначальный период экстремального «раздувания» Вселенной вызывает особый интерес. Что бы ни вызвало первоначальное раздувание, замедление и ускорение Вселенной, оно должно было преодолеть экстремальную гравитацию, заключенную в космической сумме материи, сжатой в одном месте.

Но дальше становится только интереснее.

По словам Грегори Тарле из Мичиганского университета, одного из со-авторов работы, стоит задаться вопросом, а где в поздней Вселенной мы можем увидеть такую же сильную гравитацию, как сразу после Большого взрыва.

Ответ будет, как говорится, без вариантов. Такую же сильную гравитацию мы можем увидеть только в центре черных дыр.

Тарле считает, что черные дыры могут быть своего рода «маленьким Большим взрывом, который движется в обратном направлении». Именно это происходит, когда материя массивной звезды снова становится темной энергией во время гравитационного коллапса.

Чтобы подтвердить или опровергнуть это предположение, авторы исследования использовали спектроскопический прибор Dark Energy Spectroscopic Instrument для изучения скорости образования черных дыр в результате коллапса ядра массивных звезд в конце их жизни — гораздо позже, чем в момент образования сверхмассивных черных дыр. Затем эти данные были использованы для сравнения с известными темпами расширения Вселенной.

И выяснилось, что данные в целом сходятся.

Авторы приводят расчеты, согласно которым по мере образования новых черных дыр в результате гибели массивных звезд количество темной энергии во Вселенной увеличивалось соответствующим образом.

Это делает более правдоподобным предположение о том, что черные дыры являются источником темной энергии, заключают авторы исследования.

Связь между черными дырами и темной материей

На протяжении длительного времени официальная наука не видела никаких свидетельств существования связи между черными дырами и темной материей.

Было принято считать, что черные дыры — это области в космосе, где гравитация настолько сильна, что ничто — даже свет — не может из них вырваться. Они образуются из остатков массивных звезд после того, как те исчерпали свое ядерное топливо и разрушились под действием собственной гравитации.

В то же время, считалось, что темная материя представляет собой гипотетическую форму материи, которая не излучает, не поглощает и не отражает свет, что делает ее невидимой для современных методов электромагнитного наблюдения. О ее существовании можно судить по гравитационному воздействию на видимую материю, излучению и крупномасштабной структуре Вселенной.

Увязать их воедино никак не получалось. До недавнего времени.

Согласно популярной в последние годы теории космологической связи, черные дыры превращают обычную материю в темную энергию.

Теория возникла на основе предложения, возникшего в результате попыток разрешить странности черных дыр с помощью интерпретаций общей теории относительности.

А что если экстремальные искажения пространства, наблюдаемые поблизости от черных дыр, как-то связаны с расширением Вселенной? Эту теорию подтверждали наблюдения о том, что с ростом Вселенной растут и черные дыры. Либо — с ростом черных дыр растет и Вселенная.

В качестве косвенного подтверждения этой гипотезы выступает работа группы ученых из Гавайского университета, которая была опубликована в 2023 году. Авторы изучали судьбы сверхмассивных черных дыр в центрах «мертвых» галактик, уже исчерпавших топливо, как для роста новых звезд, так и для питания сверхмассивной черной дыры. И наличие развития этих черных дыр парадоксальным образом подтверждало сам факт существования космологической связи.

Работа Кроукера и его коллег подтверждает это направление мысли.

Расчеты исследователей воспроизвели скорость расширения Вселенной, согласующуюся с текущими измерениями.

И более того, они дали объяснение другой проблеме — почему мы не смогли найти всю нормальную материю, которая должна быть во Вселенной. Ведь если подсчитать скорость образования черных дыр, то можно получить представление о скорости преобразования темной энергии, что фактически согласуется с количеством недостающей «нормальной» материи во Вселенной.

По мнению Тарле, новое исследование выглядит настолько убедительно, что фактически закрывает вопрос о теоретической связи между черными дырами и темной энергией.