Розширення Всесвіту, що прискорюється, обумовлене таємничою силою, яку ми називаємо темною енергією, залишається однією з найбільших загадок космології. Десятиліттями вчені шукали пояснення, але природа темної енергії – приблизно 68% Всесвіту – залишалася невловимою. Тепер все більше астрофізиків висувають радикальну ідею: чорні дірки, замість того щоб бути космічними глухими кутами, можуть бути джерелом цього розширення. Ця теорія, яка колись вважалася маргінальною, набирає сили, оскільки потенційно вирішує відразу три великі космологічні проблеми.
Основна ідея: чорні дірки перетворять матерію на темну енергію
Звичайне розуміння чорних дірок полягає в тому, що це області простору-часу настільки щільні, що ніщо, навіть світло, не може уникнути їхнього гравітаційного тяжіння. Однак нова думка передбачає, що матерія, що падає в чорні дірки, не просто зникає; вона перетворюється на форму випромінювання, що надає відразливу дію на навколишній простір. Окремо цей ефект був би незначним, але в сумі, враховуючи величезну кількість чорних дірок у Всесвіті, він може пояснити прискорення космічної експансії, що спостерігається.
Ця концепція, названа «космологічно пов’язаними чорними дірками», полягає в ідеї, що сингулярності у центрах цих об’єктів насправді немає як нескінченні щільності. Натомість щось запобігає цьому колапсу: перетворення матерії на темну енергію. Цей процес є свого роду зворотним раннім Всесвітом, коли випромінювання охолоджувалося і конденсувалося в матерію. Гравітаційне тяжіння чорної діри залишається незмінним, оскільки залежить від щільності енергії, а чи не від конкретної форми матерії.
Докази, що наростають: від зростання чорних дірок до напруженості Хаббла
Нещодавні спостереження підтверджують цю гіпотезу. У 2023 році дослідження, очолене Кевіном Крокером і Грегорі Тарле, показало, що чорні дірки по всьому Всесвіту ростуть швидше, ніж очікувалося, включаючи навіть «нудні» надмасивні. Ця швидкість зростання відповідає розширенню Всесвіту, що вказує на прямий зв’язок між активністю чорних дірок та виробництвом темної енергії.
Крім того, теорія космологічно пов’язаних чорних дірок пропонує можливе вирішення давньої проблеми напруженості Хаббла – розбіжностей між різними методами вимірювання швидкості розширення Всесвіту. Модель передбачає, що швидкості розширення розрізнялися у різні періоди космічної історії, що пояснює, чому виміри не збігаються.
Головоломка нейтрино: вирішено третю загадку?
Мабуть, найбільш дивно, що ця теорія може також пояснити аномалії у фізиці частинок, зокрема щодо нейтрино. Існуючі космологічні моделі вимагають, щоб нейтрино мали нульову масу для балансу масового бюджету Всесвіту. Однак, якщо чорні дірки перетворять матерію на темну енергію, вони звільняють масу в бюджеті, дозволяючи нейтрино мати позитивну масу, що відповідає експериментальним спостереженням.
Цей збіг доказів – швидший, ніж очікувалося, зростання чорних дірок, напруженість Хаббла і маса нейтрино – змусило дослідників описати поточний стан теорії як «триногий табурет», який здається дедалі стійкішим.
Проблеми та перспективи
Незважаючи на зростання підтримки, залишаються значні перешкоди. Математичні моделі, що описують ці космологічно пов’язані чорні дірки, неповні та надзвичайно складні. Однак завдяки постійному потоку даних від Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) та інших великомасштабних оглядів доказів стає все більше. Оскільки все більше дослідників приєднуються до вивчення цього питання – в останній статті про маси нейтрино 50 співавторів – теорія рухається з периферії космології до її основної течії.
Ідея про те, що чорні дірки є не лише споживачами матерії, а й творцями темної енергії, є парадигмальним зрушенням. Якщо це підтвердиться, це змінить наше розуміння фундаментальних сил Всесвіту та його остаточної долі.
