Σε μια νέα μελέτη, οι επιστήμονες άρχισαν να σκέφτονται μια αρκετά τρελή ερώτηση: Τι θα γινόταν αν οι μαύρες τρύπες μπορούσαν να μετατρέψουν την ύλη νεκρών αστέρων σε σκοτεινή ενέργεια, τη μυστηριώδη δύναμη που οδηγεί την επιτάχυνση της διαστολής του σύμπαντος; Αν ναι, τότε αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει μια πληθώρα «κοσμικών προβλημάτων» στα μοντέλα μας για το σύμπαν.
Η νέα θεωρία
Αυτή η νέα θεωρία προτείνει ότι οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν στην πραγματικότητα να είναι μικρές «φυσαλίδες» σκοτεινής ενέργειας. Αυτό περιλαμβάνει τη μετατροπή της ύλης σε σκοτεινή ενέργεια, επειδή οι μαύρες τρύπες γεννιούνται όταν τεράστια αστέρια καταρρέουν μετά την εξάντληση του πυρηνικού τους καυσίμου. Έτσι, αν αυτή η υπόθεση «κοσμολογικά συνδεδεμένων μαύρων τρυπών (CCBH)» είναι σωστή, η μετατροπή ενός τεράστιου αστρικού πυρήνα σε μαύρη τρύπα αντιπροσωπεύει τη μετατροπή της αστρικής ύλης σε σκοτεινή ενέργεια.
Η ομάδα πίσω από αυτή την πρόταση εμπνεύστηκε από πρόσφατα αποτελέσματα που προέκυψαν από το Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), τα οποία υποδηλώνουν ότι η δύναμη της σκοτεινής ενέργειας, που αντιστοιχεί περίπου στο 68% του συνολικού ενεργειακού και υλικού προϋπολογισμού του σύμπαντος, αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Αυτό αντιβαίνει στο τρέχον καλύτερο μοντέλο του σύμπαντος, το στάνταρ μοντέλο κοσμολογίας ή το μοντέλο Lambda Cold Dark Matter (LCDM), το οποίο υποδηλώνει ότι η δύναμη της σκοτεινής ενέργειας θα έπρεπε να παραμένει σταθερή.
«Ιστορικά, αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο λειτουργεί η φυσική. Σκέφτεσαι όσες περισσότερες ιδέες μπορείς και τις απορρίπτεις όσο πιο γρήγορα μπορείς», δήλωσε ο ερευνητής του DESI και ερευνητής του Πανεπιστημίου της Βοστώνης, Steve Ahlen. «Δεν αποφεύγεις τις ιδέες που είναι νέες και διαφορετικές, κάτι που είναι σαφώς αυτό που χρειαζόμαστε να σκεφτούμε αυτές τις μέρες, όταν υπάρχουν τόσα πολλά μυστήρια».
Ο Ahlen ήταν από τους πρώτους που συνέβαλαν στην ανάπτυξη της CCBH, η οποία προτάθηκε για πρώτη φορά πριν από 5 χρόνια από τον επιστήμονα Kevin Croker του Πανεπιστημίου της Αριζόνα και τον καθηγητή Duncan Farrah του Πανεπιστημίου της Χαβάης. Από τότε, πολλοί ερευνητές έχουν ασχοληθεί με την μαθηματικά ισχυρή αλλά πολύ ανορθόδοξη ιδέα των μαύρων οπών ως σταγονιδίων σκοτεινής ενέργειας.
Πώς οι κοσμολογικά συνδεδεμένες μαύρες τρύπες συνδέονται με το DESI
Η ιδέα της ομάδας συνδέει την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος με τις παρατηρήσεις του DESI για γαλαξίες που εκτείνονται πίσω για 10 δισεκατομμύρια χρόνια, οι οποίες φαίνεται να υποδηλώνουν ότι υπάρχει λιγότερη ύλη στον κοσμικό ενεργειακό προϋπολογισμό σήμερα σε σχέση με τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτό συμβαίνει επειδή η ύλη, μέσω της βαρυτικής της επίδρασης, επιβραδύνει τη διαστολή του σύμπαντος, ενώ η σκοτεινή ενέργεια την επιταχύνει.
Έτσι, η κατανάλωση ύλης μέσω της μετατροπής σε φυσαλίδες σκοτεινής ενέργειας με τη μορφή μαύρων τρυπών στην υπόθεση CCBH θα εξηγούσε γιατί ο ρυθμός με τον οποίο επεκτείνεται το σύμπαν, γνωστός ως σταθερά του Hubble, αλλάζει με την πάροδο του χρόνου.
Παρά το γεγονός ότι η σκοτεινή ενέργεια κυριαρχεί σήμερα στο σύμπαν, αυτό δεν ήταν πάντα έτσι. Κάτι την ώθησε να υπερκεράσει την επιρροή της ύλης και της βαρύτητας περίπου 9 έως 10 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Η υπόθεση CCBH προτείνει ότι η σκοτεινή ενέργεια δεν είχε κάποια αυθαίρετη ισχύ σε διαφορετικές περιόδους της κοσμικής ιστορίας, αλλά εμφανίστηκε αφού το σύμπαν είχε διασταλεί και ψυχθεί αρκετά για να επιτρέψει τη γέννηση των αστέρων και αργότερα τον θάνατό τους. Αυτό σημαίνει ότι η ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας και η επιρροή της σε κάθε χρονική στιγμή θα πρέπει να συσχετίζεται με τον αριθμό των αστέρων που γεννιούνται.
Το γεγονός ότι οι μεταβαλλόμενες παρατηρήσεις του DESI σχετικά με τη σκοτεινή ενέργεια με την πάροδο του χρόνου φαίνεται πράγματι να αντιστοιχούν στους ρυθμούς σχηματισμού αστέρων που παρατηρήθηκαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) ήταν αυτό που έπεισε τους Croker και Farrah να συνεργαστούν με το DESI.
«Η υπόθεση CCBH συνδέει ποσοτικά φαινόμενα που αρχικά δεν θα περίμενε κανείς να σχετίζονται», είπε ο Farrah. «Είναι η ανάμειξη των κλιμάκων, μεγάλων και μικρών, που έρχεται σε αντίθεση με την εκπαιδευμένη γραμμική μας διαίσθηση».
Μεταξύ των φαινομενικά άσχετων «προβλημάτων» που αυτή η υπόθεση θα μπορούσε να λύσει είναι το ερώτημα που αφορά τη μάζα των λεγόμενων «σωματιδίων-φάντασμα» ή νετρίνων.
Νετρίνα
Τα νετρίνα είναι χωρίς φορτίο και σχεδόν χωρίς μάζα, που σημαίνει ότι 100 τρισεκατομμύρια από αυτούς μπορούν να περάσουν μέσα από το σώμα σας κάθε δευτερόλεπτο με σχεδόν ταχύτητα φωτός και δεν το παρατηρείτε. Εξ ου και το φαντασμαγορικό τους παρατσούκλι.
Τα νετρίνα είναι τα δεύτερα πιο άφθονα σωματίδια στο σύμπαν μετά τα φωτόνια και οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι πρέπει να έχουν μη μηδενική μάζα, αλλά ο υπολογισμός αυτής της μάζας ήταν προκλητικός. Αυτό δεν οφείλεται μόνο στο ότι είναι απίστευτα δύσκολο να εντοπιστούν, αλλά και επειδή η ύλη θα έπρεπε να υπάρχει σε τρεις τύπους: σκοτεινή ύλη, βαρυόνια (όπως πρωτόνια και νετρόνια) και νετρίνα. Ωστόσο, ορισμένα μοντέλα της Μεγάλης Έκρηξης και της εξέλιξης του σύμπαντος δεν αφήνουν αρκετό χώρο στα νετρίνα να συνεισφέρουν σημαντικά στον ενεργειακό προϋπολογισμό της ύλης.
Μερικές τρέχουσες εκτιμήσεις αντιμετωπίζουν αυτό θέτοντας τη μάζα του νετρίνου ως μη μηδενική αλλά με αρνητική τιμή, κάτι που ανησυχεί ιδιαίτερα τους φυσικούς, καθώς η αρνητική μάζα δε θεωρείται δυνατότητα αυτήν τη στιγμή.
Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψη την κατανάλωση βαρυονίων υπό μορφή νεκρής αστρικής ύλης και τη μετατροπή τους σε σκοτεινή ενέργεια στην υπόθεση CCBH, αυτό εξαλείφει το πρόβλημα της μη φυσικής μάζας. Τα βαρυόνια θα είχαν εξαφανιστεί από τη Μεγάλη Έκρηξη, καθώς μετατρέπονται σε φυσαλίδες σκοτεινής ενέργειας, επιτρέποντας έτσι στα νετρίνα να συνεισφέρουν σύμφωνα με τις μετρήσεις της αφθονίας τους.
«Διαπιστώνεις ότι η κατανομή πιθανότητας της μάζας των νετρίνων δείχνει όχι μόνο έναν θετικό αριθμό, αλλά έναν αριθμό που είναι πλήρως σύμφωνος με τα πειράματα επί εδάφους», πρόσθεσε ο Windhorst. «Το βρίσκω πολύ συναρπαστικό.»
Παρά το γεγονός ότι αυτή η ιδέα αποτελεί άλλο ένα βήμα προς την καθιέρωση της CCBH ως βιώσιμης θεωρίας, θα χρειαστούν πολύ περισσότερα δεδομένα, ανάλυση και φυσικά σχολιασμός από την επιστημονική κοινότητα πριν οποιοσδήποτε μπορεί να επιχειρήσει να υιοθετήσει τη CCBH ως νέο έγκυρο παράδειγμα κοσμολογίας.
Όπως επεσήμανε ο Ahlen, αυτή είναι φυσικά η μέθοδος με την οποία λειτουργεί η επιστήμη. Στο μεταξύ, οι συνεργάτες του DESI μπορούν να γιορτάσουν το γεγονός ότι αυτή η έρευνα αποδεικνύει ότι τα δεδομένα τους επιτρέπουν τη δοκιμή κάπως «εκκεντρικών» υποθέσεων.
«Είναι τουλάχιστον συναρπαστικό», δήλωσε ο Gregory Tarlé, μέλος της ερευνητικής ομάδας και επιστήμονας της συνεργασίας DESI, που ηγήθηκε της δημιουργίας των 5.000 ρομποτικών ματιών του DESI. «Θα έλεγα ότι το πιο ακριβές θα ήταν η λέξη «συναρπαστικό», αλλά προσπαθούμε πραγματικά να κρατήσουμε αυτόν τον όρο στον τομέα μας.
«Αυτό είναι τόσο φοβερό, να βρίσκεσαι σε αυτό το σημείο μετά από τόσο καιρό εργασίας σε ένα πείραμα, να προκύπτουν συναρπαστικά αποτελέσματα. Είναι απλά υπέροχο.»
Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε την Πέμπτη (21 Αυγούστου) στο περιοδικό Physical Review Letters.