Изображение JWST NIRCam звездообразующего протоскопления PHZ G191.24+62.04, 11 миллиардов лет назад, когда Вселенная приближалась к пику звездообразования. Эти ранние галактики являются одними из наиболее активных звездообразующих галактик, наблюдавшихся между 10,5 и 11,5 миллиардами лет назад. Таким образом, каждая галактика, видимая на этом изображении, производит множество черных дыр, которые преобразуют материю в темную энергию, согласно гипотезе космологически связанных черных дыр. На этом изображении показаны два «модуля» JWST NIRCam: самый левый модуль содержит протокластер, а самый правый модуль представляет собой соседнее пустое поле. Каждый модуль видит тысячи галактик. Фото предоставлены: НАСА, ЕКА, ККА, Мария Поллетта (INAF), Эрве Доул (Париж), Бренда Фрай (УА), Джордан С. Дж. Д'Сильва (UWA), Антон М. Кукемоер (STScI), Джейк Саммерс (ASU), Рожье Виндхорст (АГУ)
Почти 14 миллиардов лет назад, в самом начале Большого взрыва, загадочная энергия вызвала экспоненциальное расширение молодой Вселенной, создав всю известную материю, согласно преобладающей теории инфляционной Вселенной.
Эта древняя энергия имела общие ключевые характеристики с темной энергией сегодняшней Вселенной, которая, по крайней мере, по одному объективному показателю, является величайшей загадкой нашего времени: она составляет большую часть — около 70% — Вселенной, но ученые этого не знают. именно то, что это такое.
«Если вы зададите себе вопрос: «Где в более поздней Вселенной мы увидим такую сильную гравитацию, какой она была в начале Вселенной?» «Ответ кроется в центре черных дыр», — сказал Грегори Тарле, профессор физики Мичиганского университета и соавтор исследования.
«Вполне возможно, что то, что произошло во время инфляции, можно обратить вспять. Материя массивной звезды снова становится темной энергией во время гравитационного коллапса – подобно небольшому Большому взрыву, который происходит наоборот».
В новом исследовании, опубликованном в Журнале космологии и физики астрочастиц, Тарле и его коллеги из пяти институтов подкрепляют аргументы в пользу этого сценария недавними данными, полученными с помощью спектроскопического инструмента темной энергии. DESI состоит из 5000 роботизированных глаз, установленных на телескопе Мэйолл в Национальной обсерватории Китт-Пик на земле Тохоно О'одхам.
«Если черные дыры содержат темную энергию, они могут захватить расширяющуюся Вселенную и расти вместе с ней, ускоряя ее рост», — сказал Кевин Крокер, ведущий автор нового исследования команды и научный сотрудник Университета штата Аризона. «Мы не можем получить подробности того, как это происходит, но мы можем видеть доказательства того, что это происходит».
Данные первого года запланированного пятилетнего исследования DESI демонстрируют убедительные доказательства того, что плотность темной энергии со временем увеличивается. По словам исследователей, это убедительное доказательство, подтверждающее идею о том, что такое темная энергия, поскольку такое увеличение во времени согласуется с увеличением количества и массы черных дыр с течением времени.
«Когда я впервые рассмотрел этот проект, я был настроен очень скептически», — сказал соавтор Стив Ален, почетный профессор физики Бостонского университета. «Но я сохранял непредвзятость на протяжении всего процесса, и когда мы начали проводить космологические расчеты, я сказал: «Ну, это действительно хороший механизм для производства темной энергии».
Разница, которую дает DESI
Для поиска доказательств темной энергии черных дыр команда использовала десятки миллионов далеких галактик, исследованных DESI. Прибор смотрит на миллиарды лет в прошлое и собирает данные, которые можно использовать для определения с высочайшей точностью того, насколько быстро расширяется Вселенная. Из этих данных можно сделать вывод, как количество темной энергии меняется со временем.
Команда сравнила эти данные с тем, сколько черных дыр образовалось при гибели крупных звезд за всю историю Вселенной.
«Эти два явления были последовательными: поскольку новые черные дыры образовывались в результате гибели массивных звезд, количество темной энергии во Вселенной увеличивалось правильным образом», — сказал Дункан Фарра, доцент физики Гавайского университета и Ко. — Автор исследования. «Это делает более вероятным, что черные дыры являются источником темной энергии».
Это исследование дополняет растущую литературу, посвященную возможности космологического взаимодействия в черных дырах. Исследование 2023 года с участием многих авторов этой работы сообщило о космологической связи в сверхмассивных черных дырах в галактических центрах. Этот отчет 2023 года побудил другие команды искать эффект черных дыр во всех местах Вселенной, где они находятся.
«Эта работа исследует связь между темной энергией и черными дырами на основе скорости их роста. Наша новая работа связывает черные дыры с темной энергией при их рождении», — сказал Брайан Картрайт, астрофизик, соавтор и бывший главный юрисконсульт Комиссии по ценным бумагам и биржам США.
Ключевое отличие новой работы заключается в том, что большинство соответствующих черных дыр моложе тех, которые изучались ранее. Эти черные дыры родились в эпоху, когда звездообразование, которое отслеживает образование черных дыр, уже шло полным ходом, а не только начиналось.
«Это происходит намного позже во Вселенной и подтверждается недавними измерениями образования и роста черных дыр, наблюдаемыми с помощью космических телескопов Хаббл и Уэбб», — сказал соавтор Рогир Виндхорст, междисциплинарный ученый из JWST и профессор исследований Земли и космоса в Университет штата Аризона.
«Следующий вопрос заключается в том, где находятся эти черные дыры и как они переместились за последние 8 миллиардов лет. В настоящее время ученые работают над тем, чтобы сузить этот вопрос», — сказал Крокер.
Наука требует больше возможностей для изучения и наблюдения, и теперь, когда DESI онлайн, исследования темной энергии только начинаются.
«Это только добавит больше глубины и ясности нашему пониманию темной энергии, независимо от того, будет ли это продолжать поддерживать гипотезу черной дыры», — сказал Ален. «Я думаю, что как экспериментальная попытка это замечательно. У вас могут быть или не быть предвзятые идеи, но мы руководствуемся данными и наблюдениями».
Независимо от того, что принесут эти будущие наблюдения, работа, происходящая сейчас, представляет собой фундаментальный сдвиг в исследованиях темной энергии, заявила команда.
«По сути, вопрос о том, являются ли черные дыры темной энергией в сочетании со Вселенной, в которой они живут, больше не является просто теоретическим вопросом», — сказал Тарле. «Теперь это экспериментальный вопрос».
Информация от: Мичиганским университетом
