Темна енергія, можливо, утворюється всередині чорних дір, змінюючи уявлення про еволюцію Всесвіту і масу нейтрино.
Спектроскопічний інструмент для дослідження темної енергії встановлений на 4-метровому телескопі Ніколаса Мейолла Національного наукового фонду США в Національній обсерваторії Кітт-Пік – програмі NSF NOIRLab в Арізоні. Фото: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/B. Тафреші
Нові горизонти космології: чорні діри як джерело темної енергії
Нещодавнє дослідження, опубліковане у Physical Review Letters, ставить під сумнів усталені космологічні уявлення. Згідно з новими даними, темна енергія — гіпотетична сила, що пришвидшує розширення Всесвіту, — може мати змінну природу та походити з чорних дір. «Це надзвичайний час для дослідження деяких найглибших таємниць фізики», — стверджують учасники дослідження.
Ключові висновки базуються на спостереженнях, зібраних за допомогою спектроскопічного інструменту DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), встановленого на горі Кітт-Пік у США. Цей пристрій використовує 5000 роботизованих волокон, щоб аналізувати світло мільйонів галактик. Отримані дані не лише розширюють уявлення про великомасштабну структуру Всесвіту, а й дозволяють перерахувати масу нейтрино — «примарних частинок», що пронизують простір майже без взаємодії з іншою матерією.
Гіпотеза CCBH: чорні діри і темна енергія
У центрі нового теоретичного підходу — гіпотеза космологічно пов’язаних чорних дір (CCBH). Вона припускає, що під час утворення чорної діри зоряна матерія не просто зникає за горизонтом подій, а трансформується у темну енергію. «Ця стаття вперше пристосовує дані до конкретної фізичної моделі, і це добре працює», — підкреслює Грегорі Тарле, професор з Мічиганського університету.
Модель CCBH пропонує логічну відповідність між кількістю утвореної темної енергії та історичною швидкістю формування зірок. Завдяки телескопам «Габбл» і «Джеймс Вебб» цю швидкість вимірюють вже десятиліттями. Нові спостереження DESI підтверджують припущення: темна енергія не була присутня з самого початку, вона виникає разом із зірками і вмирає з ними.
Дані DESI відображають великомасштабний розподіл мільйонів галактик у Всесвіті. Вимірювання DESI також уможливлюють нові розрахунки маси нейтрино Всесвіту через різні лінзи, передбачені різними теоретичними рамками. Зображення: DESI Collaboration
Нейтрино: розв’язання загадки через нову оптику
Окрема увага приділяється нейтрино — легким частинкам, що майже не взаємодіють з речовиною. Хоча вони важко піддаються виявленню, їхня маса має суттєве значення для розуміння еволюції космосу. Проблема полягала в тому, що класичні моделі іноді давали нефізичні (від’ємні) значення маси нейтрино. Але, якщо врахувати гіпотезу CCBH, ця суперечність зникає.
«Розподіл ймовірності маси нейтрино вказує не тільки на додатне число, але й на число, яке повністю відповідає наземним експериментам», — наголошує Роджер Віндхорст, професор Арізонського університету.
Таким чином, гіпотеза CCBH не тільки узгоджується з даними про великомасштабну структуру Всесвіту, але й дозволяє перерахувати масу нейтрино без внутрішніх суперечностей. Це робить її потенційно важливим інструментом у новій космологічній парадигмі.
Спостереження DESI: карта історії Всесвіту
Спостереження, проведені DESI, дозволили створити тривимірну карту мільйонів галактик, що охоплює десятки мільярдів світлових років. Ці дані вказують на те, що кількість матерії у Всесвіті зменшилася, що дозволяє припустити: частина баріонної матерії трансформувалася в темну енергію через чорні діри. Із урахуванням цього механізму зникає потреба в «від’ємній масі» нейтрино.
«Це поєднання великих і малих масштабів, що суперечить нашій навченій лінійній інтуїції», — пояснює співавтор дослідження Дункан Фарра. У гіпотезі CCBH Всесвіт розширюється швидше саме тому, що матерія поступово зникає, а темна енергія — зростає. Це частково усуває напруження у визначенні сталої Габбла, яка донині давала суперечливі результати в різних методах вимірювання.
Гіпотеза, що об’єднує великі ідеї
Зазвичай чорні діри зображують як гравітаційні пастки, де все зникає. Але CCBH пропонує альтернативну картину: чорні діри — це краплі темної енергії, які через свій вплив змінюють космічний баланс. Ідея була запропонована Кевіном Крокером та Дунканом Фаррою ще п’ять років тому. З того часу вона знайшла математичне обґрунтування і практичну підтримку в даних DESI.
«Ви не уникаєте нових і незвичайних ідей, а це явно те, що нам потрібно в наш час», — вважає Стів Ален, один із перших дослідників моделі CCBH.
Погляд у майбутнє: чи стане CCBH новою парадигмою?
Попри обнадійливі результати, вчені наголошують на потребі подальших досліджень. «Потрібно більше даних, ретельний аналіз і більш широке вивчення, щоб визначити, чи може вона стати новою парадигмою», — зауважує Густаво Ніз, співавтор дослідження.
Цей науковий шлях лишається відкритим. Модель CCBH вже показала здатність узгодити низку фундаментальних спостережень. Але підтвердити її остаточно зможуть лише нові експерименти — як у глибинах космосу, так і в лабораторіях на Землі.
«Це так круто — після такої тривалої роботи над експериментом опинитися на цьому етапі та отримати такі захоплюючі результати», — підсумовує Тарле, один з ініціаторів DESI.
Цілком можливо, що саме ці відкриття започатковують нову еру в космології, де чорні діри стають не кінцем, а початком глибших процесів у Всесвіті.