Самое темное порождает самое загадочное: как черные дыры создают темную энергию

Как вы думаете, что может скрываться за загадкой темной энергии, которая управляет расширением нашей Вселенной? Ученые из коллаборации DESI и Мичиганского университета (США) представили модель, способную изменить наши представления о ее происхождении. Согласно их исследованиям, черные дыры, поглощая материю, могут преобразовывать её в энергию, которая, как предполагается, отвечает за ускоренное расширение космоса.

Новые горизонты в астрономии

Научный инструмент Dark Energy Spectroscopic Instrument, расположенный в национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне, оснащен 5000 "роботизированными глазами", фиксирующими спектры тысяч галактик каждые 15 минут. С его помощью была создана крупнейшая карта распределения вещества во Вселенной, позволяющая заглянуть в эпоху, когда космос был значительно моложе.

Стандартная космологическая модель ΛCDM утверждает, что Вселенная состоит из темной энергии на 70%, холодной темной материи на 25% и обычного вещества на 5%. При этом темная энергия до недавнего времени считалась постоянной величиной. Однако результаты DESI показывают, что её влияние менялось на протяжении всей истории Вселенной. Это ставит под сомнение классическую модель: если она неверна, то масса нейтрино, ключевых элементарных частиц, должна быть отрицательной — что противоречит современным физическим концепциям.

Гипотеза космологически связанных черных дыр

Чтобы объяснить это противоречие, команда под руководством Грэгори Тарле из Мичиганского университета предложила гипотезу о космологически связанных черных дырах (CCBH). Согласно этой гипотезе, часть вещества массивной звезды, коллапсирующей в черную дыру, превращается в энергию вакуума, которая в масштабах Вселенной проявляется как темная энергия. Таким образом, миллиарды черных дыр, образовавшихся за всю историю космоса, могли способствовать его ускоренному расширению.

Ученые предполагают, что скорость этого процесса "настраивается" в зависимости от темпов звездообразования: чем быстрее образуются звезды, тем больше черных дыр и, соответственно, тем больше материи превращается в темную энергию. Эта модель объясняет как раннюю, так и позднюю Вселенную.

Улучшенные результаты и новые открытия

Результаты работы исследователей опубликованы в журнале Physical Review Letters. Они показывают, что новая модель согласуется с данными о распределении галактик и реликтовом излучении лучше, чем классическая ΛCDM. Это приводит массу нейтрино к положительным значениям — около 0,05-0,1 электронвольта, что соответствует нижним пределам из экспериментов по нейтринным осцилляциям. Кроме того, модель помогает решить проблему "пропавших" барионов, когда наблюдаемое количество обычного вещества во Вселенной меньше ожидаемого.

Важным аспектом является то, что речь идет о физическом механизме, встроенном в общую теорию относительности Эйнштейна. Если выводы ученых верны, то космологам придется пересмотреть свои представления о том, что темная энергия не является постоянной величиной, а формируется и продолжает возникать в недрах черных дыр — одних из самых загадочных объектов во Вселенной.

В последние годы появляются и другие космологические модели, которые объясняют переменность темной энергии, не основываясь на гипотетической энергии вакуума, а опираясь на наблюдения гравитационных волн, зарегистрированных LIGO, связанных с потерей массы черными дырами.