Модель, представленная учеными из коллаборации DESI и Мичиганского университета (США), может перевернуть представления о происхождении темной энергии. Авторы нового исследования полагают, что черные дыры, поглощая вещество, постепенно преобразовывают его в энергию, гипотетически ответственную за расширение Вселенной.
На изображении, полученном исследователями из научной коллаборации DESI, отображено крупномасштабное распределение миллионов галактик по всей Вселенной. Измерения DESI также позволяют по-новому рассчитать массу нейтрино во Вселенной, применяя различные теоретические подходы.
Инструмент Dark Energy Spectroscopic Instrument, расположенный в национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне (США), оснащен 5000 «роботизированных глаз», которые фиксируют спектры тысяч галактик каждые 15 минут. Ранее 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, что Вселенная состоит из темной энергии примерно на 70%, на 25% — из холодной темной материи и на 5% — из обычного вещества. При этом темную энергию до сих пор считали постоянной величиной — своеобразной космологической постоянной, равномерно распределенной по пространству. Новые данные DESI, однако, показали, что влияние темной энергии на Вселенную менялось на протяжении всей истории космоса. Такой подход порождает серьезные противоречия: если ΛCDM модель неверна, то масса нейтрино — элементарных частиц, играющих важную роль в космосе, — должна быть отрицательной, что явно выходит за пределы современной физики.
Чтобы объяснить эту загадку, исследователи под руководством Грэгори Тарле (Gregory Tarlé) из Мичиганского университета (США), проверили гипотезу о космологически связанных черных дырах (CCBH). Согласно ей часть вещества массивной звезды, коллапсирующей в космического «монстра», преобразуется в энергию вакуума — особое состояние, которое в масштабах Вселенной проявляется как темная энергия. По итогу миллиарды черных дыр, образовавшихся за всю историю космоса, могли способствовать его ускоренному расширению.
Скорость этой трансформации, по мнению ученых, «подстраивается» под темпы звездообразования: чем активнее рождались светила, тем больше появлялось черных дыр, а значит, тем больше материи превращалось в темную энергию. Таким образом, новая модель естественным образом описывает как раннюю, так и позднюю Вселенную. Результаты научной работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Исследователи также показали, что модель согласуется с данными о распределении галактик и реликтовом излучении лучше, чем классическая ΛCDM, поскольку возвращает массу нейтрино к положительным значениям — около 0,05–0,1 электронвольта, что совпадает с нижними пределами из экспериментов по нейтринным осцилляциям (переходом одного типа нейтрино в другой — электронный, мюонный, тау). Еще она помогает объяснить так называемую проблему «пропавших» барионов, когда наблюдаемое количество обычного вещества во Вселенной меньше ожидаемого.
При этом речь идет о физическом механизме, «встроенном» в общую теорию относительности Эйнштейна, где черные дыры не только поглощают светила, но и перерабатывают вещество в темную энергию, тем самым определяя судьбу Вселенной. Если выводы ученых верны, то космологам придется признать, что темная энергия не постоянна, а родилась (и продолжает рождаться) в недрах черных дыр — одних из самых загадочных объектов во Вселенной.
В последние годы предлагаются и иные 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.