Desi Pozorování naznačují, že černé otvory mohou generovat tmavou energii konzumací hvězdné hmoty. Myšlenka řeší hádanky o neutrinové hmotě a kosmické expanzi.
Jedná se o pozoruhodné časy pro zkoumání některých z nejhlubších záhad ve fyzice, které umožňují pokročilými experimenty a stále přesnější měření. Jedna z nejpřesvědčivějších otázek se soustředí na temnou energii, termín daný neznámé síle, která vede zrychlené rozšíření vesmíru.
Studie zveřejněná v Fyzikální kontrolní dopisy Představuje nové důkazy, které naznačují, že role temné energie v kosmickém vývoji – dlouho předpokládá, že zůstane konstantní – může se v průběhu času lišit. Podle vědců a jejich spolupracovníků lze výsledky interpretovat jako znamení, že běžná záležitost se postupně přeměňuje na temnou energii.
Tato práce je založena na pozorováních od Iolkam Du’ag, hory v jižní Arizoně, kde Tohono O’odham Nation dohlíží na národní observatoř Kitt Peak. Na místě, tmavý energetický spektroskopický nástroj (DESI) skenuje hluboko do historie vesmíru s 5 000 robotickými očima, z nichž každá je schopna uzamknout na jinou galaxii každých 15 minut.
Černé otvory jako tmavé energetické bubliny
Desi, která provozovala téměř každou noc, již zmapovala miliony galaxií a dalších světelných předmětů, z nichž mnozí datovali, když byl vesmír menší než polovinu svého současného věku.
V této studii tým zkoumal myšlenku, že černé díry fungují jako malé rezervoáry temné energie. Vzhledem k tomu, že černé díry se vytvářejí, když masivní hvězdy hoří skrz jejich palivo a kolaps, tento koncept – známý jako kosmologicky spojený černá díra (CCBH) Hypotéza – podobní, že hvězdný materiál je přeměněn na tmavou energii.
Tento rámec přirozeně spojuje míru výroby temné energie a vyčerpání hmoty na dobře studované množství: míra tvorby hvězd, měřená po celá desetiletí s nástroji, jako je například Hubbleový vesmírný dalekohled A teď James Webb Space Telescope.
„Tento článek poprvé odpovídá údajům konkrétnímu fyzickému modelu a funguje to dobře,“ řekl člen spolupráce Desi Gregory Tarlé, profesor fyziky na University of Michigan a odpovídající autor nové zprávy.
Další ústřední aspekt výzkumu zahrnuje neutrina-extrémně světlo, duchové částice, které jsou po fotonech druhý nejhojnější ve vesmíru. Fyzici vědí, že neutrina musí mít malou, ale nenulovou hmotu, což znamená, že přispívají k celkovému obsahu vesmíru, i když jejich přesné masy zůstávají nejisté.
Analýzou Desiho zjištění v rámci CCBH získal tým pro neutrinovou hmotu hodnoty větší než nula. Tento výsledek je v souladu se současným vědeckým porozuměním a zlepšuje dřívější interpretace, které poukazovaly na nulové nebo dokonce negativní hodnoty.
Vývoj hypotézy CCBH
„Je to přinejmenším zajímavé,“ řekl Tarlé. „Řekl bych, že přesvědčivé by bylo přesnější slovo, ale opravdu se to snažíme rezervovat v našem oboru.“
Desi je globální spolupráce s více než 900 vědci z více než 70 institucí. Projekt je veden Lawrence Berkeley National Laboratory se stavebnictví a operacemi financovanými americkým ministerstvem energetických věd. Nástroj je nainstalován na Nicholas U. Mayall 4-Meter dalekohled na Kitt Peak National Observatory, provozovaný NSF Neovšem v Arizoně.
Model CCBH byl navržen asi před pěti lety spoluautory studie Kevina Crokera, pomocného vědce na Arizonské státní univerzitě a Duncan Farrah, profesor na Havajské univerzitě. Tato myšlenka staví na desetiletích teoretické práce zkoumající černé díry jako kapičky temné energie spíše než destruktivní „špagetifikující“ singularity zabalené v jednosměrné hranice.
Ačkoli návrh, že tmavá energie v černých dírách by mohla ovlivnit kosmos jako celek, byl nekonvenční, ukázal se matematicky životaschopný. To přilákalo malou skupinu vědců, kteří začali testovat, jak dobře se hypotéza shodovala s existujícími pozorováními a rozsáhlými kosmologickými údaji.
„Historicky je to způsob, jakým se fyzika dělá. Přijdete s tolikami nápady, kolik můžete a zastřelíte je tak rychle, jak jen můžete,“ řekl výzkumný pracovník Desi Steve Ahlen, emeritní profesor fyziky na Bostonské univerzitě a raným spolupracovníkem na vývoji CCBH.
„Nesvítíš se od nápadů, které jsou nové a odlišné, což je jasně to, co musíme přijít v těchto dnech, když existuje tolik záhad.“
Propojení tmavé energie s formací hvězdy
První data, která posílí hypotézu CCBH, pocházely z neočekávaného růstu supermassivních černých děr v centrech spících eliptických galaxií, vzhledem k růstu hvězdných populací těchto galaxií. Ale to byla data z prvního roku Desi, která ukázala, že hustota tmavé energie sleduje rychlost tvorby hvězd, které přesvědčily Croker a Farrah, aby spojili síly s spoluprací Desi.
„Ve spolupráci s Desi na tříletých datech to byl měnič her,“ řekl Croker o tom, že na tomto projektu pracuje jako externí spolupracovník Desi. „Máte některé z nejostřejších a nejkreativnějších vědců v terénu a půjčují ruce a srdce. Je to absolutní privilegium.“
Kromě paketů světla zvaného fotony jsou neutrina nejhojnějšími částicemi ve vesmíru. V době, kdy si můžete přečíst tuto větu, projde vaším tělem stovky bilionů neutrin. Ale neutrina jen zřídka interagují se svým okolím, což znamená, že neustále zapínají jinou hmotou, zcela nezjištěné, a proto jsou někdy označovány jako částice duchů.
Vědci vědí, že neutrina mají hmotu, ale přesně jak je náročné měřit kvůli jejich éterické povaze. Zatímco obrovské experimenty v současné době běží na Zemi, aby tyto čísla stanovily, noční obloha nabízí odpovědi silnou a doplňkovou cestu.
Desiovy galaktické mapy obsahují informace o tom, jak rychle se vesmír za posledních 10 miliard let rozrostl, což zase poskytuje kosmický inventář hmoty a temné energie. Ale hmota přichází ve třech typech: studená temná hmota, baryony a neutrina. Měření raného vesmíru z dosvitu Velký třesk Změřte množství temné hmoty a baryonů už dávno. Ale podle Desi se zdá, že ve srovnání se starověkou minulostí je dnes menší hmota. To ponechává malý prostor pro neutrina.
„Údaje by naznačovaly, že neutrinová hmota je negativní a že je samozřejmě pravděpodobně nefyzická,“ řekl Rogier Windhorst, profesor regentů na ASU’s School of Earth and Space Průzkum a spoluautor nové studie.
Model CCBH řeší neutrino puzzle
Interpretace s hypotézou CCBH však, že nefyzický problém zmizí. Protože hvězdy jsou vyrobeny z baryonů a černé díry převádějí mrtvou hvězdnou hmotu na tmavou energii, množství baryonů se dnes snížilo vzhledem k měření velkého třesku. To umožňuje neutrinosům přispívat k rozpočtu záležitosti tak, jak se očekává od jiných měření.
„Zjistíte, že distribuce pravděpodobnosti neutrinového hmotnosti ukazuje nejen na kladné číslo, ale na číslo, které je zcela v souladu s pozemními experimenty,“ řekl Windhorst. „Považuji to za velmi vzrušující.“
I když tento výsledek získává nejvyšší fakturaci, práce také zdůrazňuje další užitečné funkce modelu CCBH.
„Hypotéza CCBH kvantifikovatelně spojuje jevy, které byste zpočátku neočekávali, že budete příbuzní,“ řekl Farrah. „Je to míchání váhy, velkých i malých, které vede tak proti naší vyškolené lineární intuici.“
Hmota zpomaluje růst vesmíru, zatímco temná energie ji zrychluje. Protože hmota je v hypotéze CCBH přeměněna na tmavou energii, dochází k zrychlené expanzi dříve, a proto je míra expanze dnes, rychlost Hubble, o něco větší. Tato extra podpora přibližuje kosmologické měření hubbleové rychlosti blíže k jiným měřením, jako jsou měření z vzdálených explodujících hvězd zvaných supernovy.
Hypotéza CCBH také vysvětluje pozorované množství temné energie: není to jen nějaké magické číslo, když se vesmír narodil. Tmavá energie pochází z mrtvých hvězd, takže není tam, dokud nebudete mít hvězdy, a hvězdy se netvoří, dokud vesmír nevyrostl dostatečně velký a chladný. Jakmile jsou hvězdy vyrobeny, množství vyrobené tmavé energie přímo souvisí s tím, kolik hvězd je vyrobeno.
Těšíme se na desi
„Práce na tomto projektu byla jak náročná, tak neuvěřitelně zábavná,“ uvedl spoluautor studie Gustavo Niz, výzkumný pracovník na University of Guanajuato v Mexiku. „Je to jen další milník při zavádění CCBH jako životaschopné teorie. Bude to vyžadovat více dat, přísné analýzy a širší kontroly, aby se určilo, zda se může stát novým paradigmatem pro vysvětlení našeho vesmíru. Samozřejmě by bylo možné také vyloučit, jak se objevují nová data.“
Croker řekl, že hypotéza funguje dobře, když se díváme na vesmír v drsném, „ale data z jiných experimentů, které studují jednotlivé černé díry, nejsou tak přesvědčivá. Proto je hypotéza zajímavá. Mnoho různých pozorovatelů to může skutečně vyzkoušet, kladivo v reálném čase.“
Podle Ahlena to je způsob, jakým věda jde. Ale pro vědce, kteří od začátku pracovali na Desi, je vzrušující vidět, že údaje přicházející umožňují vědcům testovat nové a různé hypotézy.
„Je to tak cool, v tomto bodě po práci na experimentu tak dlouho, abych přišel s vzrušujícími výsledky,“ řekl Tarlé, který vedl tým, který postavil robotický oční systém Desi. „Je to prostě úžasné.“
Reference: „Pozitivní neutrinová hmota s konverzí tmavé energie. Tarlé, Ra Windorst. Ishak, R. Kehoe, D. Kirkby, A. Creminární. 21. srpna 21. srpna 2025, Fyzikální kontrolní dopisy.
Dva: 10.1103/yb2k-kN7H
Kromě své primární podpory od úřadu pro vědu DOE je Desi také podporován Národním střediskem pro vědecké výpočetní techniky Energy Research, kancelář Uživatelského zařízení DOE. Další podporu pro DESI poskytuje NSF; Rada pro vědecké a technologické zařízení ve Velké Británii; Nadace Gordon a Betty Moore; Nadace Heising-Simons; Francouzská alternativní komise pro energii 2 a atomová energie; Národní rada pro humanitní vědy, vědy a technologie Mexika; ministerstvo vědy a inovace Španělska; a členskými institucemi Desi.
Spolupráce Desi je poctěna, že je povolena provádět vědecký výzkum na Iolkam Du’ag (Kitt Peak), horu se zvláštním významem pro Tohono O’odham Nation.
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
