Strona główna nauka/tech Coraz więcej dowodów wskazuje na to, że czarne dziury są ukrytym źródłem

Coraz więcej dowodów wskazuje na to, że czarne dziury są ukrytym źródłem

33
0


Koncepcja sztuki fizyki astrofizyki Wielkiego Wybuchu
Niedawne badania wykorzystujące zaawansowane obserwacje DESI sugerują nowatorskie powiązanie między czarnymi dziurami a ciemną energią napędzającą ekspansję Wszechświata. Hipoteza ta jest zgodna z danymi pokazującymi, że w miarę powstawania i wzrostu czarnych dziur wzrasta gęstość ciemnej energii, co potwierdza koncepcję czarnych dziur jako źródła tej tajemniczej siły kosmicznej. Źródło: SciTechDaily.com

Instrument spektroskopowy ciemnej energii (DESI) pomaga badaczom zbadać „Wielki Wybuch rozegrane w odwrotnej kolejności”.

Naukowcy korzystający z danych z DESI badają przełomową teorię łączącą czarne dziury z przyspieszającą ekspansją Wszechświata. Teoria sugeruje, że ciemna energia, która stanowi około 70% Wszechświata i napędza jego ekspansję, może pochodzić z procesów zachodzących w czarnych dziurach, na wzór odwrotnego Wielkiego Wybuchu.

Odkrywanie zagadki ciemnej energii

Prawie 14 miliardów lat temu, na początku Wielkiego Wybuchu, tajemnicza energia wywołała wykładniczą ekspansję, w wyniku której powstała cała znana materia. To wydarzenie, opisane przez inflacyjną teorię wszechświata, przygotowało grunt pod kosmos, jaki znamy.

Ta starożytna energia ma pewne kluczowe właściwości wspólne z ciemną energią obecną we współczesnym wszechświecie – jest to głęboka tajemnica. Ciemna energia stanowi około 70% wszechświata, jednak jej natura pozostaje nieuchwytna dla naukowców.

Obrazowanie JWST protogromady tworzącej gwiazdy
Obraz JWST NIRCam protogromady gwiazdotwórczej PHz G191.24+62.04, 11 miliardów lat temu, gdy Wszechświat zbliżał się do szczytu powstawania gwiazd. Te wczesne galaktyki należą do najaktywniejszych galaktyk gwiazdotwórczych obserwowanych między 10,5 a 11,5 miliarda lat temu. Każda galaktyka widoczna na tym zdjęciu wytwarza zatem wiele czarnych dziur, które przekształcają materię w ciemną energię, zgodnie z hipotezą kosmologicznie sprzężonej czarnej dziury. To zdjęcie przedstawia dwa „moduły” JWST NIRCam: skrajny lewy moduł zawiera protogromadę, a skrajny prawy moduł to sąsiadujące puste pole. Każdy moduł widzi tysiące galaktyk. Źródło: NASA, ESA, CSA, Maria Polletta (INAF), Hervé Dole (Paryż), Brenda Frye (UofA), Jordan CJ D’Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Rogier Windhorst (ASU)

Teoria odwrotnego Wielkiego Wybuchu

„Jeśli zadasz sobie pytanie: «Gdzie w późniejszym wszechświecie grawitacja jest tak silna jak na początku wszechświata?» odpowiedź znajduje się w centrum czarnych dziur” – powiedział Gregory Tarlé, profesor fizyki na Uniwersytecie Michigan i współautor badania. „Możliwe, że to, co wydarzyło się podczas inflacji, przebiega odwrotnie, materia masywnej gwiazdy ponownie staje się ciemną energią podczas zapadnięcia grawitacyjnego – jak mały Wielki Wybuch odtwarzany w odwrotnej kolejności”.

W niedawnym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Journal of Cosmology i Astrofizyki CząstekTarlé i współpracownicy z pięciu instytucji przedstawiają nowe dowody potwierdzające tę tezę, zebrane przy użyciu danych z instrumentu spektroskopowego ciemnej energii (DESI). DESI, obejmujący 5000 robotycznych oczu na Teleskopie Mayalla w Obserwatorium Narodowym Kitt Peak na terytorium Tohono O’odham Nation, oferuje świeże spojrzenie na związek między czarnymi dziurami a ciemną energią

Czarne dziury i kosmiczne przyspieszenie

„Jeśli czarne dziury zawierają ciemną energię, mogą łączyć się z rozszerzającym się wszechświatem i rosnąć wraz z nim, powodując przyspieszenie jego wzrostu” – powiedział Kevin Croker, główny autor nowego badania zespołu i asystent naukowy na Uniwersytecie Stanowym w Arizonie. „Nie możemy poznać szczegółów tego, jak to się dzieje, ale możemy zobaczyć dowody na to, że tak się dzieje”.

Dane z pierwszego roku zaplanowanego na pięć lat badania DESI przedstawiają kuszące dowody na to, że gęstość ciemnej energii wzrastała z czasem. Stanowi to przekonującą wskazówkę potwierdzającą koncepcję tego, czym jest ciemna energia, twierdzą naukowcy, ponieważ ten wzrost w czasie zgadza się ze wzrostem ilości i masy czarnych dziur w czasie.

„Kiedy po raz pierwszy zaangażowałem się w projekt, byłem bardzo sceptyczny” – powiedział współautor Steve Ahlen, emerytowany profesor fizyki na Uniwersytecie Bostońskim. „Ale przez cały proces zachowywałem otwarty umysł i kiedy zaczęliśmy wykonywać obliczenia kosmologiczne, powiedziałem: «Cóż, to naprawdę fajny mechanizm wytwarzania ciemnej energii»”.

Teleskop DESI
DESI zamontowano na 4-metrowym Teleskopie Mayalla w Obserwatorium Narodowym Kitt Peak. Obserwatorium Narodowe Kitt Peak (KNPO) znajduje się 80 km na południowy zachód od Tucson w Arizonie, w dystrykcie Schuk Toak w państwie Tohono O’odham. KPNO jest administrowane przez Narodowe Laboratorium Badań Astronomii Optycznej w Podczerwieni (NSF’s OIR Lab) w Tucson. Teleskop Mayalla to teleskop reflektorowy z 4-metrowym zwierciadłem głównym umieszczony na montażu równikowym. Jest to największy z 22 teleskopów optycznych znajdujących się na Kitt Peak. Został oddany do użytku w 1973 roku i jest prawie identyczny z 4-metrowym Teleskopem Blanco w Międzyamerykańskim Obserwatorium Cerro Tololo w Chile, również obsługiwanym przez laboratorium OIR NSF i oddanym do użytku w 1976 roku. Źródło: DESI Collaboration

Analiza danych galaktycznych

Aby szukać dowodów na ciemną energię z czarnych dziur, zespół wykorzystał pomiary dziesiątek milionów odległych galaktyk za pomocą DESI. Instrument spogląda miliardy lat w przeszłość i zbiera dane, które można wykorzystać do określenia szybkości rozszerzania się Wszechświata z niezwykłą precyzją. Dane te można z kolei wykorzystać do wywnioskowania, jak ilość ciemnej energii zmienia się w czasie.

Zespół porównał te dane z liczbą czarnych dziur powstałych w wyniku śmierci dużych gwiazd w historii Wszechświata.

„Te dwa zjawiska były ze sobą spójne — w miarę powstawania nowych czarnych dziur w wyniku śmierci masywnych gwiazd ilość ciemnej energii we wszechświecie wzrastała we właściwy sposób” – powiedział Duncan Farrah, profesor fizyki na Uniwersytecie im. Hawai’i i współautor badania. „To sprawia, że ​​bardziej prawdopodobne jest, że czarne dziury są źródłem ciemnej energii”.

Dalsze badania ciemnej energii

Badania te uzupełniają coraz większą literaturę badającą możliwość kosmologicznego sprzężenia w czarnych dziurach. Badanie przeprowadzone w 2023 r., w którym wzięło udział wielu autorów tego artykułu, wykazało sprzężenie kosmologiczne w supermasywnych czarnych dziurach w centrach galaktycznych. Raport z 2023 r. zachęcił inne zespoły do ​​poszukiwania efektu czarnych dziur we wszystkich miejscach, w których można je znaleźć we wszechświecie.

„W tych artykułach badamy związek między ciemną energią a czarnymi dziurami na podstawie tempa ich wzrostu. Nasz nowy artykuł łączy czarne dziury z ciemną energią już w momencie ich narodzin” – powiedział Brian Cartwright, astrofizyk, współautor i były główny radca prawny amerykańskiej Komisji Papierów Wartościowych i Giełd.

Ewoluujące badanie czarnych dziur

Kluczową różnicą w nowym artykule jest to, że większość odpowiednich czarnych dziur jest młodsza od poprzednio badanych. Te czarne dziury narodziły się w epoce powstawania gwiazd, co jest śledzone czarna dziura formacja – była już w zaawansowanym stadium, a nie dopiero się zaczynała.

„Ma to miejsce znacznie później we wszechświecie i wynika z ostatnich pomiarów produkcji i wzrostu czarnych dziur zaobserwowanych za pomocą kosmicznych teleskopów Hubble’a i Webba” – powiedział współautor Rogier Windhorst, interdyscyplinarny naukowiec w JWST i profesor nauk o Ziemi i kosmosie eksploracji na Uniwersytecie Stanowym w Arizonie.

„Następne pytanie dotyczy tego, gdzie znajdują się te czarne dziury i w jaki sposób poruszały się przez ostatnie 8 miliardów lat. Naukowcy pracują obecnie nad ograniczeniem tego zjawiska” – powiedział Croker.

Perspektywy na przyszłość w badaniach nad ciemną energią

Nauka wymaga większej liczby badań i obserwacji, a teraz, gdy DESI jest dostępne w Internecie, poszukiwania ciemnej energii dopiero się rozpoczynają.

„To tylko zapewni większą głębię i przejrzystość naszemu rozumieniu ciemnej energii, niezależnie od tego, czy nadal potwierdza to hipotezę czarnej dziury, czy nie” – powiedział Ahlen. „Myślę, że jako przedsięwzięcie eksperymentalne jest wspaniałe. Możesz mieć z góry przyjęte wyobrażenia lub nie, ale kierujemy się danymi i obserwacjami.”

Niezależnie od tego, co przyniosą przyszłe obserwacje, prowadzone obecnie prace stanowią radykalną zmianę w badaniach nad ciemną energią – stwierdził zespół.

„Zasadniczo to, czy czarne dziury są ciemną energią w powiązaniu z wszechświatem, w którym zamieszkują, przestało być tylko kwestią teoretyczną” – powiedział Tarlé. „To jest teraz pytanie eksperymentalne”.

Odniesienie: „Ewolucja czasu ciemnej energii DESI jest odzyskiwana przez kosmologicznie sprzężone czarne dziury” Kevina S. Crokera, Gregory’ego Tarlé, Steve’a P. Ahlena, Briana G. Cartwrighta, Duncana Farraha, Nicolasa Fernandeza i Rogiera A. Windhorsta, 28 października 2024 r., Journal of Cosmology i Astrofizyki Cząstek.
DOI: 10.1088/1475-7516/2024/10/094



Link źródłowy