Астрономи довели, що чорні діри здатні виробляти темну енергію

Телескоп DESI в горах Аризони обладнаний п’ятьма тисячами роботизованих пристроїв, які щоночі спостерігають за мільйонами галактик. На основі створеної ним карти Всесвіту дослідники отримали свіжі дані, що можуть змінити розуміння темної енергії — загадкової сили, відповідальної за прискорене розширення космосу.

Традиційна космологія розглядає темну енергію як космологічну константу, тобто величину, що залишається незмінною протягом усієї історії Всесвіту. Проте нові спостереження DESI показують іншу картину: вплив темної енергії на космос змінювався з часом. Це ставить під сумнів одне з базових припущень сучасної фізики.

Для пояснення цих даних команда дослідників звернулася до гіпотези космологічно пов’язаних чорних дір (CCBH). Згідно з цією моделлю, коли масивна зоря закінчує життєвий цикл і колапсує у чорну діру, частина її матерії не просто зникає за горизонтом подій, а перетворюється на темну енергію. Якщо це відбувається насправді, то кількість темної енергії у Всесвіті повинна зростати пропорційно до кількості чорних дір, які утворилися за всю космічну історію.

DESI в обсерваторії Кітт-Пік. KPNO / NOIR­Lab / NSF / AURA / P. Maren­feld

Саме такий патерн виявили спостереження DESI. Темна енергія посилювала свій вплив синхронно з епохами активного зоряного формування, коли народжувалися й гинули мільярди зірок. Це узгоджується з ідеєю, що чорні діри діють як своєрідні фабрики темної енергії, постійно поповнюючи її запаси у космосі.

Модель CCBH виявилася корисною для розв’язання застарілих проблем теоретичної фізики. Зокрема, вона дала фізично осмислене значення для маси нейтрино — елементарних частинок, які в традиційних космологічних розрахунках часто давали “негативні” маси, що суперечить фізичній реальності. Крім того, поступове перетворення матерії на темну енергію частково пояснює розбіжності у вимірюваннях швидкості розширення Всесвіту, відомі як проблема постійної Габбла.

Ця гіпотеза також надає логічне пояснення часовій послідовності космічних процесів. Темна енергія почала домінувати у Всесвіті не одразу після Великого вибуху, а лише після того, як розпочалося масове формування зірок. Це узгоджується з моделлю CCBH, оскільки без зірок не було б чорних дір, а отже, і джерел темної енергії.

Якщо гіпотеза підтвердиться, це кардинально змінить розуміння кількох фундаментальних процесів. Смерть зірок перестане розглядатися лише як кінець зоряного життєвого циклу — вона стане частиною глобального механізму, що керує розширенням Всесвіту. Еволюція чорних дір набуде нового значення як процес, що безпосередньо впливає на космологічні масштаби. Властивості нейтрино, які досі залишалися загадковими, отримають нове теоретичне обґрунтування.

Проте автори дослідження застерігають від поспішних висновків. Карти DESI дійсно узгоджуються з гіпотезою космологічно пов’язаних чорних дір, але цього недостатньо для остаточного підтвердження. Прямі спостереження чорних дір поки не дають такого ж переконливого підтвердження процесу перетворення матерії на темну енергію. Необхідні додаткові дані з інших джерел, точніші вимірювання та незалежні експериментальні тести.

Результати опубліковані у журналі Phys­i­cal Review Let­ters.