Наблюдения за сверхмассивными черными дырами в центрах галактик дают вероятный источник темной энергии. Измерения древних и спящих галактик показывают, что черные дыры растут больше, чем ожидалось, что соответствует явлению, предсказанному в теории гравитации Эйнштейна. Результат потенциально означает, что к нашей картине Вселенной не нужно добавлять ничего нового, чтобы объяснить темную энергию: источником являются черные дыры в сочетании с теорией гравитацией Эйнштейна.
К такому выводу пришла группа из 17 исследователей из девяти стран, возглавляемая Гавайским университетом и включающая физиков Имперского колледжа Лондона и исследовательского института RAL Space (Великобритания). Работа опубликована в двух статьях в журналах The Astrophysical Journal и The Astrophysical Journal Letters.
Доктор Дэйв Клементс: «Это действительно удивительный результат. Мы начали с изучения того, как черные дыры растут со временем, и, возможно, нашли ответ на один из самых больших вопросов космологии».
Доктор Крис Пирсон: «Если теория верна, то это произведет революцию во всей космологии, потому что, наконец, у нас есть решение о происхождении темной энергии, которое ставило в тупик космологов и физиков-теоретиков уже более 20 лет».
В 1990-х годах было обнаружено, что расширение Вселенной ускоряется. Это трудно объяснить — гравитационное притяжение между всеми объектами во Вселенной должно замедлять расширение. Было высказано предположение, что за расширение ответственна «темная энергия», которая сильнее, чем гравитация. Это своего рода энергия, включенная в само пространство-время.
Черные дыры образуются, когда взрываются массивные звезды. Сверхмассивные черные дыры чаще всего находятся в центрах галактик. Они в миллионы или миллиарды раз массивнее нашего Солнца при сравнительно небольших размерах и создают чрезвычайно сильную гравитацию. Черные дыры могут увеличиваться в размерах, поглощая вещество, например, звезды, которые подходят слишком близко, или сливаясь с другими черными дырами. Чтобы выяснить, могут ли одни только эти эффекты объяснить рост сверхмассивных черных дыр, команда изучила эволюцию черных дыр за девять миллиардов лет.
Исследователи рассмотрели особый тип галактик, называемых гигантскими эллиптическими, которые появились на ранней стадии жизни Вселенной, а затем стали бездействующими. Спящие галактики прекратили формирование звезд, оставив мало материала для питания черной дыры в центре, а это означает, что любой дальнейший рост последних не может быть объяснен обычными астрофизическими процессами.
Сравнение наблюдений за далекими галактиками (то есть эллиптическими «в молодости») и старыми спящими показало гораздо больший, чем предсказывалось с помощью поглощения материала или слияний, рост. Современные черные дыры в 7—20 раз больше.
Дальнейшие измерения показывают хорошее соответствие между размером Вселенной и массой черных дыр. Они показывают, что измеренное количество темной энергии во Вселенной можно объяснить энергией вакуума черной дыры, которую те как бы «выплевывают».
Сейчас именно энергия вакуума рассматривается в качестве основного кандидата для объяснения темной энергии. Энергия вакуума — это постоянное значение энергии, присущей каждому кубическому сантиметру пространства, даже того, где вроде бы «ничего нет», которое остается неизменным в пространстве и времени. Она очень мала, но не равна нулю, а значит должна постоянно толкать пространство к расширению.
Это первое наблюдательное свидетельство того, что черные дыры на самом деле содержат энергию вакуума и что они «связаны» с расширением Вселенной, увеличивая собственную массу по мере расширения Вселенной. Это явление назвали «космологической связью». Если дальнейшие наблюдения подтвердят это, космологическая связь коренным образом изменит понимание того, что такое черная дыра.