Překvapivé nové důkazy naznačují, že černé díry řídí expanzi vesmíru

Nová převratná studie by mohla konečně poskytnout odpověď na jednu z nejzáhadnějších astrofyzik – aniž bychom museli k našim současným modelům přidávat cokoli nového. Fyzici naznačují, že černé díry by mohly obsahovat zvláštní formu energie, která urychluje expanzi vesmíru.

Astronomové už od konce 20. let věděli, že se vesmír rozpíná, a po celá desetiletí se předpokládalo, že tempo tohoto rozpínání se bude časem zpomalovat. Gravitace koneckonců přitahuje věci k sobě a předpokládalo se, že gravitační přitažlivost veškeré hmoty ve vesmíru táhne se vším.

Ale v 90. letech 20. století učinili astronomové používající Hubbleův vesmírný dalekohled nečekaný objev – nastal pravý opak. Čím dále byl objekt od našeho pozorovacího bodu, tím rychleji se zdálo, že se od nás vzdaluje, což naznačuje, že expanze vesmíru se v průběhu času zrychlovala. Bez žádného vysvětlení v tehdejších modelech byla formulována síla nazvaná „temná energie“, která čím dál více odsouvá vše pryč od všeho ostatního.

Astronomové od té doby hledali známky této temné energie na základě vlastností, které se zdá mít. A v nové studii mezinárodní tým vědců tvrdí, že našel důkazy o tom, kde by se mohla skrývat temná energie – uvnitř černých děr.

Na rozdíl od toho, co bychom si mohli myslet, vakuum není úplně prázdné – náhodné kvantové fluktuace produkují to, co je známé jako energie vakua, která vyvíjí vnější tlak, který by mohl působit proti gravitaci a řídit expanzi vesmíru. V některých modelech mohla být energie vakua nalezena v černých dírách a v nové studii tým našel první pozorovací důkaz o tom.

Astronomové začali studiem vývoje supermasivních černých děr v centrech galaxií za posledních devět miliard let. Tyto černé díry získávají hmotu většinou pohlcením prachu, plynu, hvězd a dalších černých děr, ale v některých galaxiích, známých jako obří eliptické galaxie, tato surovina vysychá. Pak by se mělo očekávat, že supermasivní černé díry v eliptických galaxiích přestanou růst.

Výzkumníci porovnali hmotnosti těchto černých děr ve vzdálených eliptických galaxiích (které jsou vidět tak, jak byly před miliardami let) s těmi, které jsou nám v prostoru a čase blíže. A jistě, supermasivní černé díry v moderních eliptických galaxiích jsou sedm až dvacetkrát hmotnější, než byly před devíti miliardami let.

To naznačuje, že supermasivní černé díry mohou získat hmotu také nějakým jiným mechanismem. A pokud obsahují energii vakua, oba by přispěly k expanzi vesmíru a získat hmotu z procesu také, v jevu zvaném kosmologická vazba.

Tým říká, že jde o první pozorovací důkaz, že černé díry obsahují energii vakua, a když shromáždili čísla, zjistili, že by to mohlo odpovídat za množství temné energie naměřené v dnešním vesmíru.

I když nebyl nedostatek dalších navrhovaných zdrojů temné energie, tým říká, že tento nový model může být nejhezčí. Je to proto, že k našim stávajícím modelům není třeba přidávat nic nového – mezeru lze zacpat černými dírami, jak předpovídá Einsteinova obecná teorie relativity.

Jako bonus navíc nový model vysvětluje další kosmologickou hádanku. V současných modelech se předpokládá, že černé díry stlačují vše, co do nich spadne, do nekonečně husté singularity, do bodu, kde se fyzikální zákony hroutí. Měly by být matematicky nemožné, takže fyzici pro ně buď najdou řešení, nebo je považují za neúplné. Pokud ale černé díry obsahují energii vakua, singularity již nemusí existovat, což by mohl být zásadní průlom v našem chápání a další důkaz pro nový model.

Jakkoli je studie zajímavá, k potvrzení modelu bude zapotřebí další výzkum a pozorování.

Výzkum byl publikován ve dvou článcích v The Astrophysical Journal a Astrophysical Journal Letters. Tým popisuje práci ve videu níže.

Zdroj: UK Research and Innovation