Чорні діри — джерело темної енергії? Революційна теорія вчених пропонує рішення однієї з головних загадок космології

«Ми почали з вивчення того, як чорні діри ростуть з часом, а натомість можливо, знайшли відповідь на одну з найбільших проблем у космології», — каже астрофізик з Імперського коледжу Лондона Дейв Клемметс, один зі співавторів дослідження. У своїй роботі вчені дійшли до цікавого висновку — чорні діри можуть бути джерелом темної енергії, а тому вони зростають внаслідок розширення Всесвіту.

Хто в головних ролях?

Давайте швидко розберемось, ху із ху. Чорні діри вважаються одними із найзагадковіших та найпотужніших об'єктів у Всесвіті, а вчені й досі досліджують їхні численні секрети.

Це надзвичайно щільні та компактні області простору-часу, які мають дуже потужну гравітацію та виникають після смерті масивних зірок.

Гравітація чорних настільки сильна, що вирватись з неї не може навіть світло — саме тому ці об'єкти та мають таку назву, адже побачити їх неможливо. Дослідники спостерігають за ними опосередковано — через їхній гравітаційний вплив на сусідні об'єкти та газ, який їх оточує.

Чорні діри бувають абсолютно різними — від надмасивних, які в мільйони разів перевищують масу Сонця (такі зазвичай розташовуються в центрі галактик), до зовсім невеликих, які масивніші за нашу зірку лише в кілька разів (такі чорні діри є дуже маленькими, розміром приблизно з апельсин).

Темна енергія — це ще більший знак питання, адже про неї, як і про темну матерію, вчені знають дуже небагато. Насправді у нас і досі немає жодного прикладу прямого спостереження цих компонентів Всесвіту — вчені лише припускають їх існування, хоча й спираються на досить міцні теорії, адже бачать їхній плив на інші космічні об'єкти.

Згідно з загальноприйнятою теорією Великого вибуху, наш Всесвіт народився близько 13,7 млрд років тому. Тут важливо не плутати поняття і розуміти, що це не був вибух у класичному розумінні цього слова — це скоріше одномоментне та синхронне розширення простору, яке відбувається і зараз.

Вчені довгий час вважали, що цей процес поступово уповільнюється через дію гравітації, яка мала протистояти цій енергії розширення. Проте в кінці 1990-х спостереження за допомогою космічного телескопа Хаббл показали нам, що насправді розширення Всесвіту стає все швидшим. Це було несподівано, а тому дослідники запропонували ввести поняття темної енергії — невідомого виду енергії, яка відповідальна за цей процес.

І як то все працює разом?

Отже, у нас є чорні діри, і у нас є темна енергія. Як вони взагалі можуть бути пов’язаними, якщо одні — це мертві зірки, а інше — енергія, яка постійно збільшує наш космічний дім?

Під час свого дослідження вчені спостерігали за гігантськими еліптичними галактиками — це галактики, форма яких схожа на еліпс (несподівано, так?) і гладким, майже безформним зображенням.

Вчених цікавили ті з них, які з’явилися у перші роки існування Всесвіту — це означає, що до цього часу у них майже не залишилось зірок, які могли б підживлювати надмасивні чорні діри в їхніх центрах. Порівняння їх з молодшими галактиками показало, що чорні діри у старих продовжують зростати — причому настільки, що пояснити це звичайною акрецією матеріалу та злиттям з іншими чорними дірами неможливо.

Так, спостереження показали, що сучасні чорні діри в 7−20 разів більші, ніж 9 млрд років тому. Враховуючи, що у них галактиках вже майже не було палива для подібного розширення, сучасні теорії не дають відповідь на питання як це сталося.

Вчені впевнені — це є доказом того, що чорні діри дійсно містять енергію вакууму, який є частиною темної енергії. «Ми одночасно висловлюємо два твердження: звичайні теорії чорних дір не працюють, якщо вивчати їхню еволюцію протягом тривалого часу; і що ми вперше пропонуємо астрофізичне джерело темної енергії», — каже Дункан Фарра, астроном Гавайського університету, який керував дослідженням.

Якщо спростити, то дослідники вважають, що чорні діри зростають завдяки розширенню Всесвіту, оскільки вони є джерелом темної енергії. Чим більше у Всесвіті темної енергії — тим швидше він розширюється і тим швидше ростуть чорні діри.

«Ми не стверджуємо, що до нас ніхто не пропонував джерела темної енергії. Проте це перша стаття зі спостереженнями, де ми не придумуємо нічого нового, що має існувати у Всесвіті для створення темної енергії, адже чорні діри і є темною енергією», — пояснює вчений.

Розрахунки показали, що наявні чорні діри могли б забезпечити необхідну кількість темної енергії, яка існує у Всесвіті. Це не тільки пояснило б походження цієї компоненти космосу, розв’язавши одну із найважливіших задач космології, але й змусило б нас переглянути наше розуміння чорних дір та їхньої ролі у космосі.

Звичайно, так просто це не відбудеться — необхідно ще багато додаткових досліджень, які могли б перевірити цю ідею. Проте вчені запропонували та, головне, обґрунтували новий спосіб розв’язання проблеми існування темної енергії.