/КРОСС/ Изследователи за първи път откриха доказателства, че свръхмасивните черни дупки може да са източник на тъмна енергия, която ускорява космическото разширение. Започвайки с космологичната еволюция на черните дупки в центъра на древни спящи галактики, учените установили, че бързият растеж на космическите чудовища не може да се обясни с известни явления.
Този свръхрастеж, изглежда, върви ръка за ръка с ускореното разширение на Вселената, което прави свръхмасивните черни дупки най-добрите кандидати за снабдяване на Космоса с енергия.
Тъмната енергия е така наречената енергия на вакуума, която прониква в пространство-времето заедно с гравитацията и задвижва ускореното разширяване на Вселената. Тя съставлява около 70 процента от цялата Вселена.
Международен екип изследователи под ръководството на Хавайския университет, включително физици от Лондонския имперски колеж и STFC RAL Space, за първи път откриха доказателства за възможен източник на тъмна енергия във Вселената – свръхмасивните черни дупки. Изследването е публикувано в две отделни статии – в The Astrophysical Journal и в The Astrophysical Journal Letters.
Изследователите започнали с наблюдения на свръхмасивни черни дупки в центъра на древни спящи галактики и проучили как тези небесни чудовища растат и се развиват в продължение на милиарди години. Сравнявайки резултатите си с данни за свръхмасивни черни дупки в по-млади галактики, учените открили, че съвременните черни дупки са 7 до 20 пъти по-големи, отколкото преди девет милиарда години. Темп на растеж, който не може да бъде обяснен.
През 90-те години на ХХ век беше открито, че разширението на Вселената се ускорява: всичко наоколо се отдалечава от всичко останало с все по-голяма скорост. Това наблюдение изглеждаше нелогично на учените: привличането, което възниква под действието на гравитацията между всички обекти с маса, трябва да забавя разширението, а не да го ускорява.
За да обяснят видяното, изследователите предположили, че има някаква „енергия на вакуума“ с неизвестен произход, но включена в самото пространство-време, която отблъсква обектите един от друг по-силно, отколкото гравитацията ги привлича. Тази енергия е наречена тъмна, защото е неизвестна.
Концепцията за тъмната енергия не била предложена случайно. Всъщност това било свързано с подобна концепция, предложена преди това от Айнщайн, но по-късно изоставена: космологичната константа. В идеалния случай тя представлявала „нещо“, което би противостояло на гравитацията, предотвратявайки колапса на Вселената.
За съжаление черните дупки създали проблем за това определение. Тяхната гравитация е изключително силна и затова е трудно да се преодолее. Особено в центъра, където всичко сякаш се „разбива“ в това, което математически се нарича сингулярност.
Новият резултат на изследователите показва, че черните дупки набират маса в съответствие със съдържанието на енергия в техния вакуум. Те правят това, като осигуряват източник на тъмна енергия, което елиминира необходимостта от формиране на сингулярности в техния център.
Прекомерният (и необясним) растеж на черните дупки
Изследователите стигнали до този извод, след като изучили девет милиарда години от еволюцията на свръхмасивна черна дупка. Този тип черна дупка съдържа милиони или милиарди пъти масата на нашето Слънце в сравнително малко пространство, което създава изключително силна гравитация около обекта.
Има два начина, по които черните дупки могат да растат по размер:
– чрез акреция от околния материал (например приближаващи се звезди, които се поглъщат от черната дупка);
– чрез сливане с други черни дупки.
За да разбере могат ли само тези ефекти да обяснят огромния ръст на свръхмасивните черни дупки, екипът разгледал еволюционните данни. Учените се съсредоточили върху определен тип галактики – гигантски елиптични, които са се развили в началото на Вселената, а след това са станали латентни.
Има много примери за спящи галактики: те са приключили с образуването на звезди, оставяйки малко материал за акреция на черните дупки в своя център, което означава, че всеки по-нататъшен растеж не може да бъде обяснен с тези обичайни астрофизични процеси.
Сравнявайки наблюденията на далечни галактики, които ни изглеждат такива, каквито са били в своята младост, с наблюденията на местни елиптични галактики, стари и мъртви, изследователите фиксирали много по-голям растеж, отколкото би се очаквало от акреция или сливане.
Доказателство, че черните дупки съдържат тъмна енергия
Тъй като типичните решения за растеж на черна дупка не са достатъчни, за да обяснят резултатите от наблюденията, изследователите провели допълнителни измервания на други галактики в различни моменти от еволюцията на Вселената.
По този начин те намерили доказателства за прогнозата си, че черните дупки може да растат по маса пропорционално на това колко бързо се ускорява разширяването на Вселената. Резултатите предполагат, че черните дупки имат космологичен принос под формата на вакуумна енергия.
Това е първото наблюдателно доказателство, че черните дупки наистина съдържат вакуумна енергия и че са „свързани“ с разширението на Вселената. Тяхната маса се увеличава с разширението на Вселената – феномен, наречен космологична връзка.
Ако допълнителни наблюдения потвърдят това, космологичната връзка ще промени нашето разбиране за това какво е черната дупка. Освен това ще произведе революция в цялата космология, защото най-накрая ще можем да получим решение за произхода на тъмната енергия, което занимава физици и космолози от десетилетия.
