На одну тайну Вселенной может стать меньше — ученые нашли связь между черными дырами и темной материей

Две самых таинственных вещи во Вселенной: малоизученные черные дыры и неуловимая темная материя, могут быть напрямую связаны друг с другом. К такому вывода пришла межинститутская группа ученых.

Просматривая существующие данные, охватывающие 9 миллиардов лет космической истории, группа исследователей во главе с учеными из Гавайского университета в Маноа обнаружила первое свидетельство "космологической связи" — недавно предсказанного в теории гравитации Эйнштейна явления, возможного только тогда, когда черные дыры помещены в эволюционирующую вселенную.

Астрофизики смогли объединить опыт Гавайского университета в области эволюции галактик и теории гравитации с опытом наблюдения и анализа исследователей из девяти стран, чтобы получить первое представление о том, что может существовать внутри настоящих черных дыр.

Когда LIGO "услышал" слияние первой пары черных дыр в конце 2015 года, все изменилось. Сигнал отлично согласовывался с предсказаниями на бумаге, но распространить эти предсказания на миллионы или миллиарды лет? Сопоставить эту модель черных дыр с нашей расширяющейся Вселенной? Было совершенно непонятно, как это сделать. Команда недавно опубликовала две статьи, одну в The Astrophysical Journal, а другую в The Astrophysical Journal Letters, в которых изучались сверхмассивные черные дыры в сердцах древних и спящих галактик.

В первой статье было обнаружено, что эти черные дыры набирают массу в течение миллиардов лет, что не может быть легко объяснено стандартными процессами галактик и черных дыр, такими как слияния или аккреция газа.

Во второй статье показано, что рост массы этих черных дыр соответствует предсказаниям для черных дыр, которые не только космологически связаны, но и заключают в себе энергию вакуума — материала, который получается в результате максимально возможного сжатия материи без нарушения уравнений Эйнштейна, что позволяет избежать сингулярности.

При отсутствии сингулярностей в статье показано, что совокупная вакуумная энергия черных дыр, образовавшихся в результате гибели первых звезд во Вселенной, согласуется с измеренным количеством темной энергии в нашей Вселенной.

На одну тайну Вселенной может стать меньше — ученые нашли связь между черными дырами и темной материей

Первым важным открытием стало то, что чем дальше в прошлое "заглядывали" ученые, тем меньше были массы черных дыр по сравнению с их сегодняшними массами. Эти изменения были значительными: сегодня черные дыры были в 7-20 раз больше, чем 9 миллиардов лет назад — достаточно большие, чтобы исследователи подозревали, что причиной может быть космологическое взаимодействие, а не естественные процессы роста.

Во втором исследовании команда исследовала, можно ли объяснить рост черных дыр, измеренный в первом исследовании, только космологической связью. Проще представить это так: связанная черная дыра — это резиновая лента, которая растягивается вместе со Вселенной по мере ее расширения. Когда она растягивается, ее энергия увеличивается. E = mc 2 Эйнштейна говорит вам, что масса и энергия пропорциональны, поэтому масса черной дыры тоже увеличивается.

Насколько увеличивается масса, зависит от силы связи, которую исследователи называют k. Поскольку рост массы черных дыр из-за космологической связи зависит от размера Вселенной, а Вселенная была меньше в прошлом, черные дыры в первом исследовании должны быть менее массивными на правильную величину, чтобы объяснение космологической связи работало.

Команда исследовала пять разных популяций черных дыр в трех разных коллекциях эллиптических галактик, взятых из того времени, когда Вселенная была примерно в половину и в одну треть от своего нынешнего размера. В каждом сравнении они измеряли, что k был почти положительным 3.

Вывод из этого порясает своей масштабностью: если k равно 3, то все черные дыры во Вселенной в совокупности дают почти постоянную плотность темной энергии, как и предполагают измерения темной энергии!

Черные дыры происходят из мертвых больших звезд, поэтому, если вы знаете, сколько больших звезд вы создаете, вы можете оценить, сколько черных дыр вы создаете и насколько они вырастают в результате космологической связи. Команда использовала самые последние измерения скорости раннего звездообразования, полученные космическим телескопом JWST, и обнаружила, что цифры совпадают.

По словам исследователей, их работа обеспечивают основу для дальнейшего тестирования физиками-теоретиками и астрономами, а также для нынешнего поколения экспериментов с темной энергией, таких как спектроскопический прибор темной энергии и исследование темной энергии, чтобы пролить свет на эту идею.

Читайте также

NASA показало марсианский рассвет: Curiosity снял горные хребты на склонах горы Шарп

NASA показало марсианский рассвет: Curiosity снял горные хребты на склонах горы Шарп

Астрономы обнаружили рекордный радиовсплеск, летевший к Земле 11 миллиардов лет

Астрономы обнаружили рекордный радиовсплеск, летевший к Земле 11 миллиардов лет

Кастрюлю Star Trek отправили на высоту 35 км — почти к границе космоса

Кастрюлю Star Trek отправили на высоту 35 км — почти к границе космоса

Астрономы поймали гамма-лучи от блазара с расстояния 8 миллиардов световых лет

Астрономы поймали гамма-лучи от блазара с расстояния 8 миллиардов световых лет

Звезда в трехстах световых годах неспешно поглощает коричневого карлика

Звезда в трехстах световых годах неспешно поглощает коричневого карлика

Астрономы впервые нашли планету, «восставшую из пепла» погибшей звезды

Астрономы впервые нашли планету, «восставшую из пепла» погибшей звезды

Лед на северном полюсе Марса оказался намного чище, чем считали ученые

Лед на северном полюсе Марса оказался намного чище, чем считали ученые

Blue Origin показала 20-метровую солнечную башню для будущей базы на Луне

Blue Origin показала 20-метровую солнечную башню для будущей базы на Луне

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Ученые ТПУ синтезировали 6 новых молекул против рака

Ученые ТПУ синтезировали 6 новых молекул против рака

BMW представила iX3 M60 xDrive: 612 л.с., разгон до сотни за 3,9 секунды и запас хода 755 км

BMW представила iX3 M60 xDrive: 612 л.с., разгон до сотни за 3,9 секунды и запас хода 755 км

DARPA начала испытания квантовых компьютеров, которые должны стать практически полезными к 2033 году

DARPA начала испытания квантовых компьютеров, которые должны стать практически полезными к 2033 году

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?