Černé díry jsou jedlíci všech věcí, dokonce i záření. Ale co když jejich drsné chuti k jídlu měly neočekávaný vedlejší účinek? A Nová studie Publikováno v Fyzikální kontrolní dopisy naznačuje to Černé díry může chrlit Tmavá energie– a že by mohli pomoci vysvětlit zajímavé Konflikt mezi různými měřeními vesmíru.
Tmavá energie je síla, která řídí zrychlenou expanzi vesmíru. Nikdo neví, co to je, ale předpokládá se, že všechno proniká. V teorii navržené v nové studii je Dark Energy také něco, co vychází z mrtvých hvězd – a proto ve vesmíru neexistovala, dokud hvězdy nezačali umírat. Ačkoli je tato myšlenka kontroverzní, je to prominentní příklad nově pod napětím pokusu pochopit, jak tmavá energie funguje, zda se v průběhu času mění a zda naše kosmické účetnictví může být vypnuto.
„Považuji tento papír černé díry za zajímavý vstup v tomto rostoucím kánonu lidí, kteří testují:“ Co když přidám tyto fyziky – to, které sladí tato napětí? „, Říká Jessie Muir, fyzik na University of Cincinnati.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Kosmický faktor
Příběh začíná Albertem Einsteinem, jehož teorie obecné relativity předpovídala existenci Černé díry. V té době si také myslel, že vesmír je statický, který se nespíral s jeho teorií gravitace; Ve svých rovnicích by se všechno mělo shlukovat do jednoho velkého blobu. Protože tomu tak nebylo, Einstein přišel s kosmickým fondátovým faktorem zvaným „kosmologická konstanta„Popsat přetrvávající a všudypřítomnou sílu, která udržovala věci stabilní. V roce 1929, když astronomové zjistili, že vesmír se skutečně rozšiřoval, Einstein upustil konstantu.
Rychle vpřed tři čtvrtiny století. V roce 1998 si astronomové uvědomili, že se nejen rozšiřuje vesmír, ale také to Tento růst zrychlil– Skutečnost, kterou by bylo možné vysvětlit přetrvávající a všudypřítomnou silou. Einsteinova konstanta byla zpět a kosmologové se to od té doby pokoušejí porozumět.
Tato tmavá energie, kterou Einstein označil řeckým dopisem Lambda, se již dlouho předpokládá, že je v průběhu času neměnná a spolehlivá. Přesto se kosmologové dozvěděli, že temná energie byla v minulosti méně vlivná, než je nyní. Na začátku bylo záření nejdůležitějším faktorem ovlivňujícím růst dětského vesmíru. V kosmickém středověku dominovala hmota v tomto procesu – jak běžnou hmotu, která zahrnuje hvězdy a velryby a nás a temnou hmotu, kterou nevidíme ani nepopisujeme. Dnes je růst vesmíru nejvíce ovlivněn temnou energií. Měnící se role Dark Energy však ztěžuje studium v čase.
„Celým problémem s temnou energií je to, že se to stalo jen důležitým, jako včera,“ říká Zach Weiner, fyzik v Perimeter Institute v Ontariu.
Desiho překvapení
Studium toho, jak se tmavá energie v průběhu času vyvíjela, je jedním z cílů temné energie spektroskopického nástroje (DESI), který měří galaxie a zvukové vlny z raného vesmíru. Desi, posazený na hoře zvané Iolkam du’ag v Arizoně, používá Kitt Peak National Observatory k prozkoumání objektů, které byly kolem, když byl vesmír menší než polovinu své současné velikosti. Astronomové kombinují tato měření s dalšími studiemi distribuce tmavé energie a hmoty, včetně měření Temné energie (DES) měření vzdálených supernov a map kosmického mikrovlnného pozadí světla zbývajícího ze úsvitu vesmíru. V roce 2024 a 2025, Výsledky experimentu Desi ukázali, že se zdá, že se galaxie šíří méně, než by měly být, pokud síla temné energie byla konstantní v kosmickém čase. Pokud je však tmavá energie proměnitelná, nemůže to být kosmologická konstanta. Když jsou výsledky Desi kombinovány s ostatními datovými sadami, obrázek vypadá ještě horší. Lambda nebo konstantní tmavá energie je však ústředním paradigmatem standardního modelu kosmologie, který dosud vydržel téměř jakýkoli test.
Zadejte Černé díry. Nová hypotéza o nich je jedním z několika nových nápadů, které teoretici navrhují od letošního jara, kdy byly zveřejněny nejnovější výsledky desi.
Fyzici Kevin Croker z University of Arizona a Greg Tarlè z University of Michigan, dva ze spoluautorů nové studie hypotézy Black Hole, tvrdí, že výsledky desi lze interpretovat jako signál, že hmota je přeměněna na tmavou energii uvnitř černých děr. Jinými slovy, černé díry jsou v podstatě malé bubliny tmavé energie. Einstein by tuto představu považoval za známou: energie a hmota jsou ekvivalentní, jak ukázal (E = MC2), a lze jej přeměnit na sebe. První hvězdy by se zhroutily do supermassivních černých děr, které nějak vytvořily temnou energii, když rostly.
Tento scénář by mohl pomoci odpovědět na dvě obzvláště obtížné otázky, poznamenává Tarlè: Proč se nyní temná energie projevuje nyní, v této epochě v naší kosmické historii? A proč je hustota tmavé energie tak blízko hustoty běžné hmoty, podivně úhledná náhoda? Říká, že tyto kosmologicky spojené černé díry mohou odpovědět na obě tajemství.
„Proč teď? Hvězdy se musely tvořit a tvořit černé díry a ty černé díry musely růst a všechno ostatní se muselo zředit,“ říká. „A proč je to v současné době blízko hustotě záležitosti? Museli jste v černých dírách proměnit záležitost v tmavou energii a pak musela růst. Tmavá energie z této záležitosti pocházela.“
Model se spojuje s nedávnými měřeními rychlosti formace hvězd v raném vesmíru a také splňuje podivný problém s strašidelnými částicemi známými jako neutrina.
Neutrina jsou bezplatné a neinteragují s běžnou hmotou. Přicházejí ve třech příchutích, které se mohou při cestování oscilovat mezi sebou. Fyzici vědí, že neutrina mají hmotnost, protože měřili rozdíly mezi různými neutrinovými příchutěmi jako identity neutrina flip-flop. Ale nikdo neví přesnou hmotnost každé chuti; Můžeme měřit rozdíl mezi nimi, ale ne jejich individuální hodnoty. Měření z desi a dalších průzkumů nezanechává mnoho prostoru pro masivní neutrina, ale naznačují, že některé kosmické účetnictví je vypnuté.
Croker a Tarlè říkají, že černé díry výroby tmavé energie umožňují baculatou neutrinovou hmotu.
Skeptici černé díry
Přesto myšlenka černých děr přeměňujících hmotu na tmavou energii zůstává kontroverzní. Několik vědců uvedlo, že byli skeptičtí vůči analýze Croker a Tarlè.
„Je zajímavé, že se to hodí k datům,“ říká Muir, který se do teorie nezúčastnil. „Je zajímavé se podívat na to, co to dělá s neutrinovou hmotou (limity). Je to bod ve prospěch, že to není věc, která by měla zamítnout.“ Ale ona a ostatní váhali, aby řekli více.
Přítomnost kosmologicky vázaných černých děr není jediným novým potenciálním vysvětlením výsledků DESI. Další vedoucí myšlenka naznačuje, že temná energie je druh tekutinového pole, nazývaného kvintesence, které dočasně „vytáhne“ v pozdějším vesmíru poté, co byl držen pod kontrolou. Jiný popisuje „vznikající“ temnou energii, která by byla v rané kosmické historii mizivě vzácná nebo nezjistitelná, ale objevuje se v nedávné minulosti. A některé týmy pracují na „Mirage“ Dark Energy, která vylepšuje modely pro reprodukci vzdálenosti k kosmickému mikrovlnnému pozadí. Kushal Lodha z Korejské astronomie a Space Science Institute a několik kolegů nedávno několik kolegů zveřejnil předtisk na server arxiv.org, který zkoumal několik verzí těchto teorií a zjistil, že studium modelů fyziky tekutin může být slibnou cestou vpřed.
Mezitím další týmy hledají jinde ve tmě nových nápadů. Vitor Petri z Federální univerzity Espírito Santo v Brazílii nedávno vedl studii zveřejněnou na arxiv.org jako předvolek, který tvrdí, že tvrdí Potenciální interakce mezi temnou energií a tmavou hmotou Vysvětlete nálezy Desi lépe než standardní model kosmologie.
Všechny nové myšlenky by mohly být známkou toho, že teoretici jsou více nakloněni věřit výsledku desi a stále více hledají způsoby, jak interpretovat, co to znamená, říká Weiner.
Podle Crokera se o myšlence černých děr jako bublin temné energie diskutovala již několik desetiletí, ale mnoho kosmologů ji zamítlo nebo zpochybnilo analýzu za tím. Croker vydává výzkum takových černých dírů od roku 2019 s několika kolegy. Jejich klíčovým argumentem je, že materiál, který se pohybuje blízko rychlosti světla – bez ohledu na to, kde je ve vesmíru – by byl spojen s mírou rozšíření vesmíru. Tvrdili, že masy černé díry dramaticky rostly během kosmického času, způsobem, který nelze vysvětlit typickými teoriemi růstu černé díry. Tento růst však dává smysl, pokud černé díry nějak bublivají tmavou energii v jejich srdcích. V a Paper Croker, Tarlè a Duncan Farrah, fyzik na Havajské univerzitě v Manoa, publikoval v roce 2023Vědci vypočítali, že kombinovaná temná energie produkovaná rychlostí růstu prvních hvězd ve vesmíru odpovídá množství temné energie, kterou dnes vidíme. Ale několik dalších vědců tuto práci kritizovalo.
Přesto Croker a jeho kolegové pokračovali ve svém výzkumu, zejména když si uvědomili, že teorie může pomoci vysvětlit nová zjištění Desi. Několik členů spolupráce Desi se přihlásilo jako spoluautoři nového černého papíru, který byl vydán v srpnu. Croker říká, že kolegové se tentokrát stále více zajímají.
„To je to, jak věda funguje. Musíte si vybudovat případ,“ říká.
Zatímco Croker a jeho kolegové pokračují v tomto procesu, ne každý souhlasí s tím, že výsledky tmavé energie desi jsou přesné. Katie Freeseová, fyzická na University of Texas v Austinu, je jedním z prominentních kritiků měření Desi. Ona se potýká s některými rozhodnutími v analýze DESI, včetně způsobu, jakým popisuje dvě hodnoty pro temnou energii, které mohou vysvětlit způsob, jakým se v průběhu času mění tmavá energie. V případě, že Desi desi přesvědčivě ukazuje, že temná energie se v průběhu času liší, říká, že Crokerovo vysvětlení je zajímavé.
„Nejsem přesvědčen, že dosud existují důkazy,“ říká. „Neříkám, že je to špatně, ale je to stále předběžné. Takže mě určitě zájem slyšet, co z toho vychází.“
Weiner je skeptický, že černé díry jsou výrobci tmavé energie. Tvrdí, že model v novém článku je neúplný. Weiner také říká, že stojí za prozkoumání různých teorií, které mohou vysvětlit zjevná zjištění Desi. Domnívá se, že další stopy naleznou pohráváním s řadou modelů, které popisují temnou hmotu a testují, zda nějakým způsobem interaguje s tmavou energií.
Zatímco fyzici pokračují v rozvoji nových myšlenek, Freese říká, že doufá, že existuje způsob, jak prokázat, že temná energie – Lambda, Einsteinova konstanta, existence teoretiků – je skutečně měnící se. Otevřelo by to dveře nové fyzice a nové interpretace všeho, co si myslíme, že jsme to věděli od Einsteina.
„To,“ říká, „byla by mnohem zábavnější, než by to byla konstanta.“
