Чорні діри складаються з темної енергії?

Дослідники з Гавайського університету в Маноа виявили і виправили невелику помилку, яка була допущена при застосуванні рівнянь Ейнштейна для моделювання зростання Всесвіту.

Фізики зазвичай припускають, що космологічно велика система, така як Всесвіт, нечутлива до деталей малих систем, що містяться в ній. Кевін Крокер, науковий співробітник факультету фізики і астрономії, і Джоель Вайнер, викладач математичного факультету, показали, що це припущення може виявитися невірним для компактних об'єктів, які залишаються після колапсу і вибуху дуже великих зірок.

«Протягом 80 років ми, як правило, працювали, припускаючи, що Всесвіт не був порушений конкретними деталями якогось невеликого регіону», - сказав Крокер. «Тепер ясно, що загальна теорія відносності може помітно пов'язати колапсуючі зірки - регіони розміром з маленький острів, з поведінкою всесвіту в цілому, системи, більшої за розміром в тисячу мільярдів разів».

Вчені продемонстрували, що швидкість зростання Всесвіту може стати чутливою до усередненого внеску таких компактних об'єктів. Аналогічно, самі об'єкти можуть стати пов'язаними зі зростанням Всесвіту, отримуючи або втрачаючи енергію залежно від складу об'єктів. Цей результат є значним, оскільки він виявляє несподівані зв'язки між фізикою космологічних і компактних об'єктів, що, в свою чергу, призводить до багатьох нових спостережних передбачень.

Одним з наслідків цього дослідження є те, що швидкість росту Всесвіту надає інформацію про те, що відбувається з зірками в кінці їх життя. Астрономи зазвичай припускають, що великі зірки утворюють чорні діри, коли вони вмирають, але це не єдиний можливий результат.

У 1966 році Ераст Глінер, молодий фізик з Фізико-технічного інституту ім.О.Ф. Іоффе в Ленінграді, запропонував альтернативну гіпотезу про те, що дуже великі зірки повинні зруйнуватися в те, що тепер можна назвати «Загальними об'єктами темної енергії» (GEODE). Вони виглядають як чорні діри, якщо дивитися зовні, але, на відміну від чорних дір, вони містять Темну Енергію замість сингулярності.

У 1998 році дві незалежні групи астрономів виявили, що розширення Всесвіту прискорюється, що узгоджується з наявністю рівномірного внеску Темної Енергії. Однак не було визнано, що GEODE могли б внести свій внесок таким чином. З виправленим розрахунками вчені показали, що якщо частина найстаріших зірок перейде в GEODE, а не в чорні діри, їх усереднений внесок сьогодні, природно, зробить необхідну однорідну Темну енергію.

Результати цього дослідження також застосовні до подвійних зоряних систем, що стикаються через гравітаційні хвилі колаборацією LIGO-Virgo. У 2016 році LIGO оголосила про перше спостереження того, що здавалося системою зіткнення подвійної чорної діри.

Очікувалося, що такі системи будуть існувати, але пара об'єктів виявилася несподівано важкою - приблизно в 5 разів більше, ніж маси чорної діри, передбачені в комп'ютерному моделюванні. Використовуючи виправлені розрахунки, вчені розглянули, чи спостерігає LIGO-Virgo подвійні зіткнення GEODE, а не подвійні зіткнення чорних дір.

Вони виявили, що GEODE ростуть разом зі всесвітом протягом часу, що веде до таких зіткнень. Коли відбуваються зіткнення, результуючі маси GEODE збільшуються в 4-8 разів, що приблизно узгоджується зі спостереженнями LIGO-Virgo.

Дослідники постаралися відокремити свій теоретичний результат від спостережної підтримки сценарію GEODE. "Ми показали, що якщо GEODE існують, то вони можуть легко призвести до спостережуваних явищ, які в даний час відсутні переконливі пояснення. Ми очікуємо безліч інших спостережних наслідків сценарію GEODE, включаючи безліч способів його виключення ".