Ny teori kobler supermassive sorte hull og mørk energi

En kontroversiell ny teori antyder at supermassive sorte hull som lurer i hjertet av de fleste store galakser kan være kilden til mørk energi, den mystiske kraften som driver den akselererende utvidelsen av universet.

Den foreslåtte koblingen - referert til som en "kosmologisk kobling" - ble født fra observasjoner av sorte hull i hjertet av fjerne galakser som ser ut til å ha vokst raskere enn bare å samle masse eller fusjonere med andre sorte hull ville tillate.

Undersøker dette videre, teamet, inkludert hovedforfatter Duncan Farrah fra University of Hawai'i i Manoa, oppdaget at styrken til koblingen betyr at veksten av de sorte hullene matchet den akselererende utvidelsen av universet.

"Det er ingen enighet om hvilken modell for mørk energi som mest sannsynlig er riktig, men den enkleste modellen for mørk energi er en "kosmologisk konstant". I denne modellen er hele universet gjennomsyret av ensartet og konstant energitetthet, forteller Farrah Fysikkverden. "Dette høres ikke så mystisk ut, men energitettheten må holde seg konstant selv om universet utvider seg. Det er ingen gjenstand kjent som oppfører seg på den nødvendige måten. På grunn av dette antas det av noen å være en egenskap ved selve vakuumet.»

De fleste modeller av sorte hull antyder at i hjertet deres er en singularitet, et punkt der masse presses inn i et uendelig lite punkt og dermed blir uendelig tett. Den nye kosmologiske koblingen erstatter denne singulariteten med vakuumenergi, foreslått som kilden til mørk energi.

Forskerne beskriver teorien i to artikler, publisert i The Astrophysical Journal og The Astrophysical Journal Letters, med både å legge ut forskjellige aspekter av den kosmologiske forbindelsen og gi den første "astrofysiske forklaringen på mørk energi".

Bevis for en astrofysisk mørk energimodell

I den første artikkelen så teamet på sorte hull i sentrum av "røde og døde" elliptiske galakser som for øyeblikket er inaktive.

"Fordi disse galaksene ikke forventes å gjøre mye, forventes ikke de sentrale sorte hullene å vokse mye med tiden," forklarer Farrah. "Vi fant at, etter å ha tatt hensyn til alle mulige "normale" kanaler for vekst av svarte hull, viser disse sorte hullene fortsatt en stor økning i masse mellom rundt syv milliarder år siden og i dag - nesten en faktor på 10 i masse. Dette er overraskende, og ikke så lett å forklare.»

I sin andre artikkel forsøkte teamet å finne ut om denne uventede masseveksten i sorte hull kan være et resultat av utvidelsen av universet via kosmologisk kobling alene.

"Vårt andre papir viser at denne hastigheten av masseøkning er i samsvar med massen til de sorte hullene øker synkronisert med volumet av universet," sier Farrah. "Det vil si at hvis volumet av universet dobles, vil massen til de sorte hullene også fordobles."

Farrah forklarer at hvis resultatet er riktig, så hvis volumet til universet dobles, vil massen til et gitt sort hull dobles, men antall sorte hull per volumenhet vil fortsatt halveres på grunn av det faktum at sorte hull er spesifikke objekter .

"Sett disse to tingene sammen, så vil massetettheten til sorte hull forbli konstant når universet utvider seg. Dette er akkurat den oppførselen som forventes av "noe" som gir opphav til akselererende ekspansjon, sier Farrah. "Siden ingen andre gjenstander viser denne oppførselen, argumenterer det for at sorte hull er det "noe". Så mørk energi trenger ikke å være en egenskap ved selve vakuumet, og den trenger ikke å være ensartet. Den kan ligge i sorte hull og produseres når store stjerner kollapser i døden, noe som har blitt forutsagt siden midten av sekstitallet.»

En av de viktigste appellene til teamets kosmologiske koblingsteori er at mens noen mørk-energi-modeller krever tillegg til våre modeller av universet, er alle elementene som trengs for denne modellen allerede kjent.

"Det gir en kilde for mørk energi fra noe vi allerede vet eksisterer, nemlig sorte hull. Det er ikke behov for noen ny type objekt eller ny partikkel, sier Farrah.

En kontroversiell kobling

Den nye teorien har ikke bestått uten kontroverser i fysikkkretser, med mange forskere som ikke er villige til å akseptere denne kosmologiske koblingen ennå.

"Jeg kan oppdage ting som er urovekkende," forteller Universidad ECCI kosmolog Luz Ángela García Fysikkverden. "Å si at deres observasjon setter bevis for at sorte hull er laget av mørk energi virker som et langskudd, spesielt fordi vi ikke kan utføre målinger "inne" i det sorte hullet."

García er også plaget av det faktum at ved å knytte mørk energi til sorte hull, kobler teamets teori denne kraften til stjernenes livssyklus, og beskriver den som "veldig risikabel". Dette er fordi når forskere vurderer energi-materie-innholdet i universet, er sorte hull og dermed mørk energi i denne modellen allerede tatt med i andelen 5 % "vanlig materie" av energi-materie-innholdet i universet.

Til slutt bemerker García at universets tidslinje etterlater et gap på to milliarder år som teamets teori sliter med å fylle.

"Toppen av antall sorte hull og kvasarer faller sammen med toppen av stjerneformasjonshistorien for omtrent 10 milliarder år siden, og etter det er det en rask nedgang i antallet av disse massive objektene," forklarer hun. "På den annen side skjer kickstarten til dominansen av mørk energi for mer eller mindre åtte milliarder år siden."

En ny generasjon tar på seg den kosmologiske konstanten

Så hvis sorte hull er kilden til mørk energi, spør García, hvorfor tar det mørk energi to milliarder år å dominere andre former for materie og energi?

"Selv om vi ikke kan utelukke ideen helt, virker det for meg at det er svært usannsynlig at sorte hull er kilden til mørk energi," konkluderer hun.

Farrah selv er enig i at mysteriet med mørk energi er langt fra løst, og erkjenner at mens de to papirene gir bevis på en astrofysisk kilde for mørk energi, trenger deres argument mye mer gransking.

"Mørk energi forblir et dypt mystisk fenomen," konkluderer Farrah. "Jeg vil si at papirene våre tar opp muligheten for sorte hull som en kilde for mørk energi og gir en "interessant hypotese", men for øyeblikket, ikke mer enn det."

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/new-theory-links-supermassive-black-holes-and-dark-energy/