Ekspansja Wszechświata przyspiesza. To czarne dziury mogą być powodem

Ekspansja Wszechświata a czarne dziury

Nasza wiedza o fizyce mówi, że ekspansja Wszechświata rozpoczęła się wraz z Wielkim Wybuchem. Był to początkowy impuls, który nadał kosmosowi kierunek rozwoju. Zgodnie z przewidywaniami impet ten  powinien z czasem osłabnąć, podobnie jak tempo ekspansji Wszechświata. Tak się jednak nie dzieje. Naukowcy zastanawiają się, co może być tego przyczyną, i być może właśnie znaleźli odpowiedź.

Pomiary pokazują, że Wszechświat przyspiesza, ponieważ jest napędzany przez tajemniczą siłę znaną jako ciemna energia – jedną z największych zagadek współczesnej nauki. Może istnieć coś, co wyjaśnia to zjawisko: masywne, gęste skupiska materii, które nazywamy czarnymi dziurami.

„Jeśli czarne dziury zawierają ciemną energię, mogą łączyć się i rosnąć wraz z rozszerzającym się Wszechświatem, powodując jego przyspieszenie” – tłumaczy astrofizyk Kevin Croker z Uniwersytetu Stanowego w Arizonie. 

Obliczenia sugerują, że cokolwiek jest odpowiedzialne za przyspieszoną ekspansję, stanowi około 70 proc. całkowitego rozkładu materii i energii we Wszechświecie. Warto zauważyć, że to, co dziś postrzegamy jako rozszerzanie, mogło nie zawsze przebiegać w jednakowym tempie.

Według obecnych teorii wczesna faza kosmicznego wzrostu zwana inflacją była okresem gwałtownego, eksponencjalnego rozszerzania się Wszechświata. W ciągu niewyobrażalnie krótkiego czasu kosmos znacznie zwiększył swoje rozmiary. Po tym okresie ekspansja zwolniła i przez pewien czas przebiegała spokojniej. Dopiero około 5 miliardów lat temu ciemna energia zaczęła istotnie wpływać na dalszy rozwój Wszechświata.

Naukowcy zastanawiają się, jaka siła odpowiada za te zmiany tempa ekspansji Wszechświata. Ich zdaniem, cokolwiek to było, musiało pokonać potężną grawitację materii ściśniętej w jednym punkcie.

Polecamy: Nauka na tropie ciemnej materii. Mars może być kluczem do zagadki

Czarne dziury jako „odwrócone” Wielkie Wybuchy

„Gdzie w późniejszych etapach Wszechświata można znaleźć grawitację równie potężną jak tę, która istniała na jego początku? Odpowiedź leży w sercu czarnych dziur. Możliwe, że to, co wydarzyło się podczas inflacji, teraz przebiega w odwrotnej kolejności” – wyjaśnia Gregory Tarlé, fizyk z Uniwersytetu Michigan. 

„Materia masywnej gwiazdy staje się ciemną energią podczas kolapsu grawitacyjnego. To jak mały Wielki Wybuch, ale odwrócony”.

Koncepcja, że czarne dziury mogą być źródłem ciemnej energii, wynika z niedawno zaproponowanej idei sprzężenia kosmologicznego. Pomysł ten próbuje wyjaśnić zagadkową naturę czarnych dziur w kontekście ogólnej teorii względności. Wiemy, że olbrzymia grawitacja czarnych dziur zniekształca przestrzeń wokół nich. Według tej hipotezy zjawisko to jest powiązane z rozszerzaniem się kosmosu. Kiedy Wszechświat rośnie, rosną również czarne dziury, co z kolei wpływa na dalszą ekspansję kosmosu.

Ekspansja Wszechświata. Nowe dowody na sprzężenie kosmologiczne

W 2023 roku naukowcy przedstawili wyniki badań sugerujących istnienie sprzężenia kosmologicznego. Analizowali supermasywne czarne dziury w centrach tzw. martwych galaktyk, które nie mają już zasobów na formowanie nowych gwiazd. Odkryli wzrost masy tych czarnych dziur, który nie mógł być wyjaśniony typowymi mechanizmami, co wskazywało na rolę sprzężenia kosmologicznego. Te obserwacje uznano za dowód potwierdzający tę koncepcję.

Polecamy: HOLISTIC NEWS: Od suchego ryżu po wariograf. Tak emocje zdradzają prawdę #obserwacje

Czy czarne dziury to źródło ciemnej energii?

W najnowszej pracy Croker i jego współpracownicy badali potencjalny związek między czarnymi dziurami a ciemną energią, skupiając się na momencie narodzin czarnych dziur. Zespół wykorzystał Spektroskopowy Instrument Ciemnej Energii do analizy tempa ich formowania. Uzyskane dane zestawiono z tempem ekspansji Wszechświata, szukając korelacji.

„Oba zjawiska były ze sobą spójne, a więc gdy nowe czarne dziury powstawały w wyniku śmierci masywnych gwiazd, ilość ciemnej energii we Wszechświecie rosła. W związku z tym jest wysoce prawdopodobne, że to czarne dziury są źródłem ciemnej energii” – mówi Duncan Farrah z Uniwersytetu Hawajskiego.

Teoria sprzężenia kosmologicznego sugeruje, że czarne dziury mogą przekształcać zwykłą materię w ciemną energię. Obliczenia zespołu badawczego odzwierciedliły tempo ekspansji Wszechświata zgodne z najnowszymi obserwacjami.

„Kwestia, czy czarne dziury stanowią ciemną energię związaną z otaczającym je Wszechświatem, przestała być wyłącznie zagadnieniem teoretycznym. Jest to teraz kwestia eksperymentalna” – podsumowuje Tarlé.

Polecamy: Pierwszy prywatny spacer w kosmosie. Miliarder opowiada o wrażeniach