Измерения, проведённые в старых галактиках, показывают, что их свермассивные чёрные дыры растут даже тогда, когда в них перестаёт поступать обычное вещество. Результаты исследования учёных были опубликованы в двух статьях в изданиях The Astrophysical Journal и The Astrophysical Journal Letters.
Особый интерес к чёрным дырам вызван попыткой понять их внутреннее устройство. Самая консервативная гипотеза говорит, что под горизонтом событий есть точка, называемая сингулярностью, где физические величины, описывающие гравитационное поле, становятся либо бесконечными, либо неопределёнными. Так что понимание внутреннего устройства чёрных дыр либо откроет нам дверь в новую физику, либо закроет неверную гипотезу.
В 1990-х годах было обнаружено, что расширение Вселенной ускоряется и все объекты в космосе удаляются друг от друга за счёт расширения пространства, хотя гравитационное взаимодействие этому препятствует: в результате сверхскопления галактик так и остаются вместе благодаря своей гравитации, а вот отдельные сверхскопления уже удаляются друг от друга. Чтобы объяснить явление, учёные предложили ввести понятие тёмной энергии, которая “раздвигала” бы пространство и на больших масштабах оказалась сильнее гравитации.
Мы живём в спиральной галактике, где звёздообразование идёт довольно равномерно. А важным отличием эллиптических галактик является то, что в них звёздообразование довольно быстро останавливается: массивные звёзды быстро завершают свой жизненный цикл, вещество в галактике не перемещается так, чтобы появлялись новые области рождения звёзд. Так что мы видим только старые звёзды небольшой массы, у которых жизненный цикл не заканчивается взрывом сверхновой. Такая приостановка звёздообразования важна в контексте сверхмассивных чёрных дыр, находящихся в центрах этих галактик. Получается, что отсутствует поток вещества, за счёт которого могла бы расти их масса.
17 исследователей из девяти стран, возглавляемых Гавайским университетом и включающая физиков Имперского колледжа Лондона и STFC RAL Space, рассматривали эволюцию эллиптических галактик в пределах 9 миллиардов лет. Как и предполагалось, общая масса звёзд в этих галактиках оставалась неизменной, а вот масса сверхмассивных чёрных дыр увеличилась. За 9 миллиардов лет — в размере от 7 до 20 раз.
Причём наблюдается связь между ростом массы сверхмассивных чёрных дыр и темпами расширения пространства. Это показывает, что измеренное количество темной энергии во Вселенной может быть объяснено вакуумной энергией черных дыр.
Это первое наблюдаемое свидетельство того, что чёрные дыры растут не так как мы себе представляли ранее, и устроены тоже не так, как говорит самая консервативная гипотеза.
Конечно же, теоретики уже несколько десятилетий разрабатывают гипотезы иного внутреннего устройства чёрных дыр.
Благодаря наблюдению эволюции свермассивных чёрных дыр в эллиптических галактиках, учёные наиболее вероятной считают гипотезу, согласно которой чёрные дыры растут за счёт поглощения энергии вакуума. Подчеркнём, что в этом предположении нет места сингулярности. Возможно, что тёмная энергия – это одна из форм энергии вакуума.
Нужны новые исследования, которые подтвердят или опровергнут космологическую связь между ростом массы чёрных дыр и расширением Вселенной.
Есть доказательства того, что решения для чёрных дыр не работают на очень длинных временных масштабах. Это первая наблюдательная работа, в которой, исходя из общей теории относительности, только чёрные дыры являются носителями тёмной энергии. Однако, это не означает, что не были предложены другие источники.
Дункан Фарра, астроном Гавайского университета