Новая модель, разработанная исследователями из коллаборации DESI и Мичиганского университета (США), способна кардинально изменить понимание возникновения темной энергии. Ученые, представившие это исследование, считают, что черные дыры, поглощая материю, постепенно трансформируют её в энергию, которая, возможно, является причиной расширения Вселенной.
Dark Energy Spectroscopic Instrument, установленный в национальной обсерватории Китт-Пик, расположенной в Аризоне (США), имеет 5000 «роботизированных глаз», которые регистрируют спектры тысяч галактик каждые 15 минут. До этого момента с его помощью ученые составили крупнейшую карту распределения вещества во Вселенной, заглянув в эпоху, когда космос был моложе и в два раза меньше, чем сегодня.
Напомним, стандартная космологическая модель ΛCDM предполагает, согласно современным представлениям, Вселенная формируется темной энергией (около 70%), холодной темной материей (около 25%) и обычным веществом (около 5%). Ранее темная энергия рассматривалась как неизменная величина, своего рода космологическая постоянная, распределенная равномерно в пространстве. Однако новые данные, полученные в рамках проекта DESI, показали, по мнению исследователей, воздействие темной энергии на Вселенную не было постоянным и трансформировалось с течением времени. Данная точка зрения вызывает значительные расхождения: в случае, если модель ΛCDM окажется ошибочной, то масса нейтрино — элементарных частиц, имеющих большое значение для космологии, — должна быть отрицательной, что не соответствует современным представлениям физики.
Для объяснения этой загадки ученые во главе с Грэгори Тарле из Мичиганского университета (США) провели проверку гипотезу о космологически связанных черных дырах (CCBH). Согласно ей часть вещества массивной звезды, коллапсирующей в космического «монстра», преобразуется в энергию вакуума — уникальное состояние, которое в космических масштабах выражается в виде тёмной энергии. Предполагается, что огромное количество чёрных дыр, возникших на протяжении всей истории космоса, могло стать причиной его ускоренного расширения.
По оценкам ученых, скорость данного процесса определяется скоростью звездообразования: интенсивность появления новых звезд определяла количество формирующихся черных дыр, что, в свою очередь, влияло на объем материи, трансформируемой в темную энергию. Благодаря этому новая модель позволяет описать как раннюю, так и позднюю Вселенную. Результаты научной работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
В ходе исследований было установлено, что предложенная модель демонстрирует более точное соответствие наблюдаемым данным о распределении галактик и реликтовому излучению по сравнению с традиционной ΛCDM. Это объясняется тем, что она указывает на положительную массу нейтрино, находящуюся в диапазоне 0,05–0,1 электронвольта, что соответствует минимальным значениям, полученным в ходе экспериментальных исследований нейтринным осцилляциям (этот процесс также позволяет объяснить проблему «пропажи» барионов, когда наблюдаемая концентрация обычной материи во Вселенной оказывается ниже прогнозируемой.
Речь идет о физическом механизме, который интегрирован в общую теорию относительности Эйнштейна. Согласно этой теории, черные дыры не только поглощают светильные тела, но и трансформируют вещество в темную энергию, тем самым влияя на эволюцию Вселенной. Если ученым удалось сделать верные выводы, то космологам придется пересмотреть свои представления о темной энергии: она не является константой, а возникает (и продолжает возникать) внутри черных дыр – одних из самых таинственных образований во Вселенной.
В последнее время появляются и альтернативные космологические модели, объясняющие переменность темной энергии не на основе гипотетической энергии вакуума, а на основе уже зафиксированных в наблюдениях LIGO гравиволновой потери массы черными дырами.