Είναι η Σκοτεινή Ενέργεια οι Μαύρες Τρύπες;

Μια αμφιλεγόμενη νέα θεωρία προτείνει ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που κρύβονται στην καρδιά των περισσότερων μεγάλων γαλαξιών θα μπορούσαν να είναι η πηγή της σκοτεινής ενέργειας, δηλαδή της μυστηριώδους δύναμης που προκαλεί την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος.

Το γεγονός που πυροδότησε την επικείμενη έρευνα ονομάστηκε "κοσμολογική σύζευξη" και προέκυψε από παρατηρήσεις μαύρων οπών στην καρδιά μακρινών γαλαξιών που φαίνεται να έχουν αναπτυχθεί πιο γρήγορα από ό,τι προβλέπεται από τα μοντέλα απλής συσσώρευσης μάζας ή συγχώνευσης με άλλες μαύρες τρύπες.

Ερευνώντας το φαινόμενο αυτό περαιτέρω, η ομάδα, συμπεριλαμβανομένου του επικεφαλής της έρευνας Duncan Farrah από το Πανεπιστήμιο της Χαβάης στο Mānoa, ανακάλυψε ότι η ένταση της κοσμολογικής σύζευξης και η ανάπτυξη των μαύρων οπών ταυτίζεται με την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος.

Μέχρι στιγμής πρέπει να σημειωθεί ότι δεν υπάρχει ομοφωνία σχετικά με το μοντέλο της σκοτεινής ενέργειας. Η φύση της μπορεί να ποικίλει, αλλα το απλούστερο μοντέλο που έχουμε μέχρι στιγμής μας λέει ότι η σκοτεινή ενέργεια είναι η «κοσμολογική σταθερά». Σε αυτό το μοντέλο, ολόκληρο το σύμπαν διαποτίζεται από μια ομοιόμορφη και σταθερή ενεργειακή πυκνότητα. Αυτό δεν ακούγεται και τόσο μυστηριώδες, αλλά αν συνυπολογίσουμε το γεγονός ότι η ενεργειακή πυκνότητα αυτή πρέπει να παραμείνει σταθερή ακόμη και όταν το σύμπαν διαστέλλεται, τότε καταλήγουμε σε μια οντότητα πραγματικά εξωτική καθώς δεν υπάρχει άλλο γνωστό αντικείμενο στο σύμπαν που να συμπεριφέρεται με τον προαναφερόμενο τρόπο. Να διατηρεί δηλαδή την πυκνότητα του σταθερή ενώ παράλληλα διαστέλλεται. Εξαιτίας αυτού, πολύ πιστεύουν ότι η κοσμολογική σταθερά είναι μια ιδιότητα του ίδιου του κενού!

Τα περισσότερα μοντέλα μαύρων οπών υποδηλώνουν ότι στην καρδιά τους υπάρχει μια ιδιομορφία, ένα σημείο στο οποίο η μάζα συμπιέζεται σε ένα απειροελάχιστα μικρό σημείο και έτσι γίνεται απείρως πυκνή. Στο σημείο αυτό, που το ονομάζουμε μοναδικότητα, τα μαθηματικά μοντέλα που διαθέτουμε καταρρέουν. Η νέα κοσμολογική σύζευξη καταφέρνει και διορθώνει αυτή τη μοναδικότητα με την ενέργεια του κενού, που συσσωρεύεται στο εσωτερικό των μαύρων τρυπών και προτείνεται ως η πηγή της σκοτεινής ενέργειας.

Οι ερευνητές περιγράφουν λεπτομερώς τη θεωρία σε δύο άρθρα, που δημοσιεύτηκαν στο The Astrophysical Journal και στο The Astrophysical Journal Letters, όπου παρουσιάζουν δυο διαφορετικές πτυχές της κοσμολογικής σύζευξης και παρέχουν την πρώτη «αστροφυσική εξήγηση της σκοτεινής ενέργειας».

Στοιχεία για ένα αστροφυσικό μοντέλο σκοτεινής ενέργειας

Στην πρώτη εργασία, η ομάδα εξέτασε τις μαύρες τρύπες στα κέντρα των «κόκκινων και νεκρών» ελλειπτικών γαλαξιών που είναι επί του παρόντος ανενεργοί. Για τον λόγο αυτό οι κεντρικές μαύρες τρύπες τους δεν αναμένεται να μεγαλώσουν πολύ με το χρόνο. Διαπιστώθηκε, αφού υπολογίστηκαν όλα τα πιθανά κανάλια προσαυξήσεις και τροφοδότησης αυτών των μαύρων τρυπών, ότι αυτές εξακολουθούν να παρουσιάζουν 10 φορές ταχύτερη αύξηση μάζας. Αυτό είναι κάτι που δύσκολα μπορεί να εξηγηθεί.

Στη δεύτερη εργασία τους, η ομάδα προσπάθησε να ανακαλύψει εάν αυτή η απροσδόκητη αύξηση μάζας μαύρης τρύπας θα μπορούσε να είναι το αποτέλεσμα της διαστολής του σύμπαντος μόνο μέσω κοσμολογικής σύζευξης.

Η δεύτερη εργασία μας δείχνει ότι αυτός ο ρυθμός αύξησης της μάζας συγχρονίζεται με τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος. Δηλαδή, αν ο όγκος του σύμπαντος διπλασιαστεί, το ίδιο κάνει και η μάζα των μαύρων τρυπών.

Εάν το αποτέλεσμα της έρευνας είναι σωστό, τότε αν ο όγκος του σύμπαντος διπλασιαστεί, η μάζα μιας δεδομένης μαύρης τρύπας θα διπλασιαστεί, αλλά ο αριθμός των μαύρων οπών ανά μονάδα όγκου θα εξακολουθεί να μειώνεται στο μισό λόγω του γεγονότος ότι οι μαύρες τρύπες είναι συγκεκριμένα αντικείμενα .

Βάζοντας αυτά τα δύο πράγματα μαζί, τότε η πυκνότητα μάζας των μαύρων τρυπών θα παραμείνει σταθερή καθώς το σύμπαν διαστέλλεται. Αυτή είναι ακριβώς η συμπεριφορά που αναμένεται από το «κάτι» που οδηγεί σε επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος. Δεδομένου ότι κανένα άλλο αντικείμενο δεν παρουσιάζει αυτή τη συμπεριφορά, υποστηρίζει ότι οι μαύρες τρύπες είναι αυτό το «κάτι». Επομένως, η σκοτεινή ενέργεια δεν χρειάζεται να είναι ιδιότητα του ίδιου του κενού και δεν χρειάζεται να είναι ομοιόμορφη. Μπορεί να κατοικεί μέσα σε μαύρες τρύπες και να παράγεται όταν μεγάλα αστέρια καταρρέουν, κάτι που έχει προβλεφθεί από τα μέσα της δεκαετίας του εξήντα.

Ένα από τα βασικά πλεονεκτικά σημεία της θεωρίας της κοσμολογικής σύζευξης που η ομάδα υπογραμμίζει είναι ότι ενώ ορισμένα μοντέλα σκοτεινής ενέργειας απαιτούν να γίνουν προσθήκες στα μοντέλα μας για το σύμπαν, αυτή η νέα θεωρία δεν απαιτεί κανένα έξτρα στοιχείο.

Τα κενά της κοσμολογικής σύζευξης

Αυτή η νέα θεωρία δεν έχει περάσει χωρίς διαμάχη στους κύκλους της φυσικής, με πολλούς ερευνητές να μην επιθυμούν ακόμη να αποδεχθούν αυτήν την κοσμολογική σύζευξη.

Ένα βάσιμο κενό της κοσμολογικής σύζευξης που επανειλημμένα τονίζουν οι επιστήμονες έχει να κάνει με την περίοδο έναρξης της επιταχυνόμενης διαστολής του σύμπαντος. Γνωρίζουμε ότι το σύμπαν ξεκίνησε, λίγο ή πολύ, την επιταχυνόμενη διαστολή του 8 δις έτη στο παρελθόν. Στον αντίποδα η ανάπτυξη των μεγάλων αντικειμένων του σύμπαντος όπως των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών και των κβαζαρς φτάνει στην κορύφωση της περίπου 10 δις έτη στο παρελθόν. Συνεπώς, αν όντως οι μαύρες τρύπες και η λεγόμενη κοσμολογική σύζευξη αποτελούν την σκοτεινή ενέργεια του σύμπαντος θα περιμέναμε κατα την κορύφωση της ανάπτυξης των μαύρων τρυπών να πυροδοτηθεί και η επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος. Οι παρατηρήσεις όμως μας λένε ότι αυτά τα δυο γεγονότα απέχουν χρονικά δυο δις έτη. Εν κατακλείδι η επιστημονική ομάδα του Duncan Farrah έχει να γεφυρώσει την χρονολογική απόκλιση αυτή αλλά και να καλύψει και όλα τα αλλά κενά τις θεωρίας του ώστε να μπορέσει να πείσει την επιστημονική κοινότητα.

Ο ίδιος ο Farrah αναφέρει ότι το μυστήριο της σκοτεινής ενέργειας απέχει πολύ από το να λυθεί, αναγνωρίζοντας ότι ενώ τα δύο επιστημονικά papers παρέχουν στοιχεία για την συσχέτιση μιας αστροφυσικής πηγής με την σκοτεινή ενέργεια, τα επιχείρημά τους χρειάζεται πολύ περισσότερο έλεγχο.

«Η σκοτεινή ενέργεια παραμένει ένα βαθιά μυστηριώδες φαινόμενο», καταλήγει ο Farrah. «Θα έλεγα ότι οι εργασίες μας αναφέρουν την πιθανότητα των μαύρων τρυπών ως πηγής σκοτεινής ενέργειας και παρέχουν μια «ενδιαφέρουσα υπόθεση», αλλά προς το παρόν, όχι κάτι περισσότερο από αυτό».