Η βαρύτητα προσελκύει. Αλλά η σκοτεινή ενέργεια θεωρείται ότι είναι μια απωθητική δύναμη που εξουδετερώνει τη βαρύτητα και αναγκάζει το σύμπαν να διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό. Ο κόσμος της επιστήμης βουίζει αργά χθες με ειδήσεις για νέα στοιχεία που δείχνουν τις μαύρες τρύπες ως πηγή σκοτεινής ενέργειας. Η νέα μελέτη είναι έργο 17 αστρονόμων σε εννέα χώρες, οι οποίοι έψαξαν δεδομένα που καλύπτουν εννέα δισεκατομμύρια χρόνια κοσμικής ιστορίας. Διαπίστωσαν ότι οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν ενδεχομένως να εξηγήσουν τη συνολική ποσότητα σκοτεινής ενέργειας που μετράμε στο σύμπαν σήμερα.

Οι μαύρες τρύπες ως πηγή σκοτεινής ενέργειας

Οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να εξηγήσουν μια μυστηριώδη μορφή ενέργειας που αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος, σύμφωνα με τους αστρονόμους. Η ύπαρξη σκοτεινής ενέργειας έχει συναχθεί από παρατηρήσεις αστεριών και γαλαξιών, αλλά κανείς δεν μπόρεσε να εξηγήσει τι είναι ή από πού προέρχεται.

Τα πράγματα, ή η ύλη, που συνθέτουν τον οικείο κόσμο γύρω μας είναι μόλις το 5% των πάντων στο σύμπαν. Ένα άλλο 27% είναι η σκοτεινή ύλη, ένα σκιερό αντίστοιχο της συνηθισμένης ύλης που δεν εκπέμπει, αντανακλά ή απορροφά φως. Ωστόσο, η πλειοψηφία του σύμπαντος – περίπου το 68% – είναι σκοτεινή ενέργεια.

Το Αστροφυσικό Περιοδικό Letters δημοσίευσε μια εργασία που περιγράφει λεπτομερώς τα νέα στοιχεία στις 15 Φεβρουαρίου 2023. Η μελέτη είναι έργο 17 αστρονόμων σε εννέα χώρες και διεξήχθη από το Πανεπιστήμιο της Χαβάης. Στη συνεργασία συμμετείχαν επίσης ερευνητές στο Ηνωμένο Βασίλειο και στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν.

Στοιχεία για την πηγή της σκοτεινής ενέργειας

Ψάχνοντας σε δεδομένα που καλύπτουν εννέα δισεκατομμύρια χρόνια κοσμικής ιστορίας, οι αστρονόμοι αποκάλυψαν τις πρώτες ενδείξεις κοσμολογικής σύζευξης. Αυτό σημαίνει ότι η ανάπτυξη των μαύρων τρυπών με την πάροδο του χρόνου συνδέεται με τη διαστολή του ίδιου του σύμπαντος.

Η ιδέα ότι οι μαύρες τρύπες μπορεί να περιέχουν ενέργεια κενού (μια εκδήλωση σκοτεινής ενέργειας) δεν είναι ιδιαίτερα νέα. Στην πραγματικότητα, οι επιστήμονες το συζήτησαν θεωρητικά ήδη από τη δεκαετία του 1960. Αλλά αυτή η τελευταία εργασία υποθέτει ότι αυτή η ενέργεια (και επομένως η μάζα των μαύρων τρυπών) θα αυξηθεί με το χρόνο καθώς το σύμπαν διαστέλλεται ως αποτέλεσμα της κοσμολογικής σύζευξης.

Η ομάδα υπολόγισε πόση από τη σκοτεινή ενέργεια στο σύμπαν θα μπορούσαν να αποδώσουν σε αυτή τη διαδικασία. Διαπίστωσαν ότι οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν ενδεχομένως να εξηγήσουν τη συνολική ποσότητα σκοτεινής ενέργειας που μετράμε στο σύμπαν σήμερα. Το αποτέλεσμα θα μπορούσε να λύσει ένα από τα πιο θεμελιώδη προβλήματα στη σύγχρονη κοσμολογία.

Διαστολή έναντι βαρύτητας

Το σύμπαν μας ξεκίνησε σε μια Μεγάλη Έκρηξη πριν από περίπου 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Η ενέργεια από αυτή την έκρηξη του χώρου και του χρόνου έκανε το σύμπαν να επεκταθεί γρήγορα, με όλους τους γαλαξίες να πετούν μακριά ο ένας από τον άλλο. Ωστόσο, αναμένουμε ότι αυτή η επέκταση θα επιβραδυνθεί σταδιακά λόγω της επίδρασης της βαρύτητας σε όλα τα πράγματα στο σύμπαν.

Αυτή είναι η εκδοχή του σύμπαντος που νομίζαμε ότι ζούσαμε μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1990, όταν το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble ανακάλυψε κάτι παράξενο. Παρατηρήσεις μακρινών αστέρων που εκρήγνυνται έδειξαν ότι, στο παρελθόν, το σύμπαν στην πραγματικότητα διαστέλλεται πιο αργά από ό,τι είναι σήμερα.

Έτσι, η διαστολή του σύμπαντος δεν επιβραδύνεται λόγω της βαρύτητας, όπως όλοι πίστευαν, αλλά αντίθετα επιταχύνεται. Αυτό ήταν εξαιρετικά απροσδόκητο και οι αστρονόμοι δυσκολεύτηκαν να το εξηγήσουν.

Για να ληφθεί υπόψη αυτό, προτάθηκε ότι μια «σκοτεινή ενέργεια» ήταν υπεύθυνη για την απομάκρυνση των πραγμάτων πιο έντονα από ό, τι η βαρύτητα τράβηξε τα πράγματα μαζί. Η έννοια της σκοτεινής ενέργειας ήταν πολύ παρόμοια με ένα μαθηματικό κατασκεύασμα που είχε προτείνει ο Αϊνστάιν αλλά αργότερα απορρίφθηκε. Η ιδέα του ήταν για μια κοσμολογική σταθερά που αντιτάχθηκε στη βαρύτητα και εμπόδισε το σύμπαν να καταρρεύσει.

Εισάγετε μαύρες τρύπες

Τι είναι όμως η σκοτεινή ενέργεια; Η λύση, φαίνεται, μπορεί να βρίσκεται σε ένα άλλο κοσμικό μυστήριο: τις μαύρες τρύπες. Οι μαύρες τρύπες γεννιούνται συνήθως όταν τεράστια αστέρια εκρήγνυνται και πεθαίνουν στο τέλος της ζωής τους. Η βαρύτητα και η πίεση σε αυτές τις βίαιες εκρήξεις συμπιέζει τεράστιες ποσότητες υλικού σε ένα μικρό χώρο. Για παράδειγμα, ένα αστέρι περίπου της ίδιας μάζας με τον ήλιο μας θα στριμωχτεί σε ένα διάστημα μόλις μερικών δεκάδων χιλιομέτρων.

Η βαρυτική έλξη μιας μαύρης τρύπας είναι τόσο ισχυρή που ούτε το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από αυτήν. Όλα απορροφώνται. Στο κέντρο της μαύρης τρύπας υπάρχει μια μοναδικότητα. Εδώ, η μαύρη τρύπα συνθλίβει την ύλη σε ένα σημείο άπειρης πυκνότητας. Το πρόβλημα είναι ότι οι ιδιομορφίες είναι ένα μαθηματικό κατασκεύασμα που δεν θα έπρεπε να υπάρχει.

Οι μαύρες τρύπες που βρίσκονται στα κέντρα των γαλαξιών είναι πολύ πιο βαριές από εκείνες που γεννιούνται όταν τα αστέρια πεθαίνουν βίαια. Αυτές οι γαλαξιακές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες μπορούν να ζυγίσουν εκατομμύρια έως δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου μας.

Όλες οι μαύρες τρύπες αυξάνονται σε μέγεθος συσσωρεύοντας ύλη, καταπίνοντας αστέρια που πλησιάζουν πολύ ή συγχωνεύοντας με άλλες μαύρες τρύπες. Περιμένουμε λοιπόν να μεγαλώσουν όσο μεγαλώνει το σύμπαν.

Στην τελευταία εργασία, η ομάδα εξέτασε τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στα κέντρα των γαλαξιών και διαπίστωσε ότι αυτές οι μαύρες τρύπες κερδίζουν μάζα για δισεκατομμύρια χρόνια.

Ριζική επανεξέταση

Η ομάδα συνέκρινε παρατηρήσεις ελλειπτικών γαλαξιών, οι οποίοι δεν έχουν σχηματισμό αστεριών, στο παρελθόν και στο παρόν. Αυτοί οι νεκροί γαλαξίες έχουν εξαντλήσει όλα τα καύσιμά τους. Έτσι, οποιαδήποτε αύξηση της μάζας των μαύρων τρυπών τους κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου δεν οφείλεται στις κανονικές διαδικασίες με τις οποίες οι μαύρες τρύπες αναπτύσσονται συσσωρεύοντας ύλη.

Αντίθετα, η ομάδα πρότεινε ότι αυτές οι μαύρες τρύπες περιέχουν στην πραγματικότητα ενέργεια κενού και ότι «συνδέονται» με τη διαστολή του σύμπαντος, έτσι ώστε να αυξάνονται σε μάζα καθώς το σύμπαν διαστέλλεται.

Αυτό το μοντέλο παρέχει μια πιθανή προέλευση για τη σκοτεινή ενέργεια στο σύμπαν. Παρακάμπτει επίσης τα μαθηματικά προβλήματα που επηρεάζουν ορισμένες μελέτες των μαύρων τρυπών, επειδή αποφεύγει την ανάγκη για μια μοναδικότητα στο κέντρο.

Ένας τακτοποιημένος συνδυασμός

Η ομάδα υπολόγισε επίσης πόση από τη σκοτεινή ενέργεια στο σύμπαν θα μπορούσαν να αποδώσουν σε αυτή τη διαδικασία σύζευξης. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι θα ήταν δυνατό για τις μαύρες τρύπες να παρέχουν την απαραίτητη ποσότητα ενέργειας κενού για να αντιπροσωπεύουν όλη τη σκοτεινή ενέργεια που μετράμε στο σύμπαν σήμερα.

Αυτό όχι μόνο θα εξηγούσε την προέλευση της σκοτεινής ενέργειας στο σύμπαν, αλλά θα μας έκανε επίσης να επανεξετάσουμε ριζικά την κατανόησή μας για τις μαύρες τρύπες και τον ρόλο τους στο σύμπαν.

Πρέπει να γίνει πολύ περισσότερη δουλειά για να δοκιμαστεί και να επιβεβαιωθεί αυτή η ιδέα, τόσο από παρατηρήσεις του ουρανού όσο και από τη θεωρία. Αλλά μπορεί επιτέλους να δούμε έναν νέο τρόπο επίλυσης του προβλήματος της σκοτεινής ενέργειας.

Chris Pearson, Επικεφαλής της Ομάδας Αστρονομίας, Τμήμα Διαστημικών Επιχειρήσεων στο RAL Space και επισκέπτης συνεργάτης, Το Ανοιχτό Πανεπιστήμιο και Dave Clements, Αναγνώστης στην Αστροφυσική, Imperial College London

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από τη Συνομιλία με άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Συμπερασματικά: Οι ερευνητές έχουν βρει στοιχεία για τις μαύρες τρύπες ως πηγή σκοτεινής ενέργειας στο σύμπαν μας. Αυτό θα έλυνε ένα μακροχρόνιο μυστήριο στην κοσμολογία.