Supermassiva svarta hål kan vara de motorer som driver universums expansion, enligt forskning som föreslår en lösning på "ett av de största problemen inom kosmologin";
Genom att jämföra supermassiva svarta hål under nio miljarder år av kosmisk historia har astronomer upptäckt en ledtråd om att de glupska kolosserna som lurar i hjärtat av de flesta stora galaxer kan vara källan till den mörka energin — den mystiska kraft som utgör 68 procent av det kända universum (öppnas i ny flik) och som orsakar dess accelererande expansion. Forskarna publicerade sina resultat den 2 februari och 15 februari i två artiklar i The Astrophysical Journal (öppnas i ny flik) och The Astrophysical Journal Letters (öppnas i ny flik) .
"Om teorin håller kommer detta att revolutionera hela kosmologin, eftersom vi äntligen har fått en lösning på ursprunget till den mörka energin som har förbryllat kosmologer och teoretiska fysiker i mer än 20 år", säger medförfattaren Chris Pearson (öppnas i ny flik) , en astrofysiker vid Rutherford Appleton Laboratory (RAL) i Storbritannien, i ett uttalande (öppnas i ny flik) .
Mörk energi avslöjad
Under det senaste århundradet upptäckte astronomer att universum expanderar allt snabbare. Detta var förvånande eftersom man förväntade sig att gravitationen, om den agerar på egen hand, långsamt skulle knäcka ihop kosmos i en händelse som kallas Big Crunch. För att förklara skillnaden föreslog forskarna att det måste finnas något som är tillräckligt kraftfullt för att motverka gravitationen och som pressar allt i universum längre ifrån varandra. De kallade detta något för mörk energi.
Men för att den mörka energin ska kunna vända en kosmisk kollaps måste den finnas i så enorma mängder att den utgör den stora majoriteten av universum. Hittills har den dock inte synts till någonstans.
Nu har nya studier till synes hittat en ledtråd till hur det dolda fenomenet fungerar. Båda grupperna jämförde massorna hos svarta hål i centrum av två uppsättningar galaxer. Den ena gruppen var ung och avlägsen, med ljus som kom till oss från nio miljarder år tillbaka i tiden, medan en närmare och äldre grupp bara ligger några miljoner ljusår bort. Astronomerna fann att över hela universum hade jättelika svarta hål vuxit till att bli sju till 20 gånger större än de en gång var — en monstruös tillväxt som inte kunde förklaras helt enkelt med att svarta hål slukar stjärnor eller kolliderar och kombinerar sig med varandra.
I stället föreslår forskarna att svarta hål växer i takt med universum — de övervinner de stjärnförkrossande och ljusintagande krafterna i sina kärnor med en hypotetisk typ av mörk energi som kallas vakuumenergi och som gör att de expanderar utåt. Och på något sätt drar de med sig hela kosmos struktur utåt.
"Detta är ett mycket överraskande resultat. Vi började undersöka hur svarta hål växer med tiden och kan ha hittat svaret på ett av de största problemen inom kosmologin", säger medförfattaren Dave Clements (öppnas i ny flik) , astrofysiker vid Imperial College London, i ett uttalande.
Om den expansiva mörka energin verkligen finns i de svarta hålens kärnor, kommer den att lösa två långvariga gåtor som Einsteins allmänna relativitetsteori, som beskriver hur gravitationen påverkar universum i stora skalor, har ställts inför. För det första skulle det förklara varför universum inte kollapsar på grund av den stora och allestädes närvarande kraften i gravitationens dragningskraft, och för det andra skulle det göra slut på behovet av singulariteter (oändligt små punkter där fysikens lagar bryts samman) för att förklara hur svarta håls mörka hjärtan fungerar.
"Vi säger egentligen två saker på en gång: att det finns bevis för att de typiska lösningarna med svarta hål inte fungerar för dig på en lång, lång tidsskala, och vi har den första föreslagna astrofysiska källan för mörk energi", säger Duncan Farrah (öppnas i ny flik) , astronom vid University of Hawaii, som är den första författaren, i uttalandet. "Det betyder dock inte att andra människor inte har föreslagit källor för mörk energi, men detta är den första observationsartikeln där vi inte lägger till något nytt till universum som källa för mörk energi: svarta hål i Einsteins gravitationsteori är den mörka energin.
För att bekräfta sin teori måste astrofysikerna försäkra sig om att inget annat bidrar till de svarta hålens mystiska tillväxt genom att göra ännu mer detaljerade observationer av deras massa genom tiderna, samtidigt som de noga följer ökningen av dessa massor med universums expansion.
