W 1920 roku astronomowie dowiedzieli się, że Wszechświat rozszerza się, jak przewidywała ogólna teoria względności Einsteina. Doprowadziło to do debaty wśród astrofizyków między tymi, którzy wierzyli, że Wszechświat rozpoczął się od Wielkiego Wybuchu, a tymi, którzy wierzyli, że Wszechświat istnieje w stanie ustalonym. W 1960 roku pierwsze pomiary kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła (CMB) wskazały, że ten pierwszy scenariusz jest najbardziej prawdopodobny. Do 1990 roku Głębokie Pola Hubble’a dostarczyły najgłębszych zdjęć Wszechświata, jakie kiedykolwiek wykonano, ukazując galaktyki pojawiające się zaledwie kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu.
Z biegiem czasu odkrycia te doprowadziły do zdumiewającego wniosku: tempo, w jakim rozszerza się Wszechświat (czyli stała Hubble’a) nie było stałe w czasie! Doprowadziło to do teorii ciemnej energii, niewidzialnej siły, która przeciwdziała grawitacji i powoduje przyspieszenie tej ekspansji. W serii artykułów międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez University of Hawaii poinformował, że czarne w starożytnych i uśpionych galaktykach rosną bardziej niż oczekiwano. Stanowi to (jak twierdzą) pierwszy dowód na to, że czarne mogą być źródłem ciemnej energii.
W badaniach wzięli udział astronomowie i astrofizycy z Uniwersytetu Hawajskiego, Instytutu Fizyki Kosmologicznej Kavli, Instytutu Enrico Fermiego, Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), Holenderskiego Instytutu Badań Kosmicznych (SRON), Narodowego Obserwatorium Radioastronomicznego (NRAO), Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), Instytutu Fizyki Fundamentalnej i Astronomii Mitchella i wiele uniwersytetów. Ich odkrycia pojawiły się w dwóch artykułach opublikowanych w The Astronomical Journal i The Astronomical Journal Letters.
Zgodnie z najszerzej akceptowanym modelem Wszechświata, ciemna energia stanowi 68% zawartości masy i energii we Wszechświecie. Teoria ta wskrzesiła ideę Einsteina, ale później odrzucił – że istnieje “stała kosmologiczna” (reprezentowana przez naukowy symbol delta), która “powstrzymuje” grawitację i zapobiega zapadnięciu się Wszechświata. Siła i ciemna materia (która stanowi 26,8% zawartości energii masowej) są integralną częścią najbardziej rozpowszechnionego obecnie modelu kosmologicznego, znanego jako model Lambda-Cold Dark Matter (LCDM).
Głównym argumentem stojącym za ciemną energią jest to, że istnieje specjalny rodzaj energii w czasoprzestrzeni (zwany energią próżni), która rozpycha Wszechświat. Istnieje jednak kilka problemów z tą teorią, z których nie najmniejszy ma związek z faktem, że nie ma bezpośrednich dowodów na tę tajemniczą energię. Co więcej, chociaż ta energia próżni jest zgodna z mechaniką kwantową, wszystkie próby jej obliczenia za pomocą kwantowej teorii pola okazały się suche. Do tego dochodzi pytanie, w jaki sposób energia ta pokrywa się z supermasywnymi czarnymi (SMBH) w naszym Wszechświecie.
Do 1970 roku astronomowie ustalili, że trwałym źródłem radiowym w centrum naszej galaktyki (Sagittarius A*) była czarna o masie 40 milionów Słońc. Dalsze obserwacje wykazały, że większość masywnych galaktyk ma SMBH w swoim regionie jądra, co było przyczyną powstania aktywnych jąder galaktycznych (AGN) lub kwazarów. Niezwykle potężna grawitacja SMBH powoduje, że otaczająca materia opada wokół nich, tworząc dyski akrecyjne i potężne relatywistyczne dżety, w których materia jest przyspieszana do prędkości bliskiej prędkości światła (i uwalnia ogromne ilości promieniowania w tym procesie).
Obecność tych gigantów w centrach najbardziej masywnych galaktyk wymagałaby niezwykle silnej siły, aby im przeciwdziałać. Jest to szczególnie prawdziwe, jeśli chodzi o osobliwości, które teoretycznie istnieją w ich rdzeniach, gdzie same prawa fizyki załamują się i stają się nierozróżnialne. Dało to początek egzotycznej teorii znanej jako “sprzężenie kosmologiczne”, która stwierdza, że SMBH mogą mieć ogromną energię próżni i że są powodem, dla którego Wszechświat się rozszerza.
W swoich artykułach zespół kierowany przez Duncana Farraha (astronoma z University of Hawai’i w Manoa i byłego doktora z Imperial College donosi o pierwszych obserwacyjnych dowodach na to, że czarne zyskują masę w sposób zgodny z nimi, zawierający energię próżni. Podczas gdy astrofizycy poszukiwali teoretycznego rozwiązania problemu ciemnej energii i czarnych, odkrycia zespołu rzekomo stanowią pierwszy obserwacyjny dowód na to, że czarne są źródłem ciemnej energii.
Jeśli to prawda, odkrycie usuwa potrzebę tworzenia osobliwości w centrach czarnych, rozwiązując długotrwałą debatę. Oznacza to również, że nic więcej nie jest potrzebne (żadnych nowych sił ani zmodyfikowanych teorii grawitacji), aby nasze modele kosmologiczne miały sens. Dr Chris Pearson, badacz z RAL Space, rady badawczej nadzorowanej przez brytyjską Radę ds. Obiektów Naukowych i Technologicznych (STFC) oraz dr Dave Clements z Wydziału Fizyki w Imperial College byli współautorami badań.
Zespół doszedł do tego wniosku, badając historię ewolucyjną SMBH w centrach gigantycznych galaktyk eliptycznych. Odnosi się to do typu “wczesnej galaktyki”, która uformowała się wcześnie we Wszechświecie i od tego czasu przestała tworzyć gwiazdy (“uśpione galaktyki”). Dziesięciolecia obserwacji pokazały, że czarne mogą zwiększać swoją masę na dwa sposoby: poprzez akrecję materii lub łączenie się z czarnymi. Jak wskazali w swoim pierwszym artykule, zespół zbadał gigantyczne galaktyki eliptyczne z przesunięciem ku czerwieni mniejszym niż z<2 (tak jak pojawiły się dziewięć miliardów lat temu).
Te uśpione galaktyki mają niewiele materii, aby ich SMBH mogły akreować, co oznacza, że dalszego wzrostu nie można wyjaśnić dwoma mechanizmami wymienionymi powyżej. Następnie zespół porównał obserwacje tych galaktyk eliptycznych – które wciąż wydają się młode – z lokalnymi galaktykami datowanymi na ok. 6,6 miliarda lat temu, które od tego czasu stały się uśpione. Obserwacje te ujawniły, że SMBH były od 7 do 20 razy większe niż dziewięć miliardów lat temu, znacznie większe niż przewidywano przez akrecję lub fuzje.
W swoim drugim artykule stwierdzają, w jaki sposób pomiary powiązanych populacji galaktyk w różnych punktach ich ewolucji (ok. 7,2 miliarda lat temu) wykazały podobną korelację między masą SMBH a rozmiarem Wszechświata. Stanowi to pierwszy dowód na “sprzężenie kosmologiczne”, pokazując, że ekspansja Wszechświata i wzrost SMBH są ze sobą powiązane. Jeśli zostanie to zrodzone z dalszych obserwacji, może skutecznie przedefiniować nasze rozumienie Wszechświata i natury czarnych. Jak podsumowała Farrah:
Oczywiście twierdzenia te spotkały się z pewnym sceptycyzmem społeczności astronomicznej/astrofizycznej. W szczególności twierdzenie autorów, że ich obserwacje stanowią dowód sprzężenia, zostało zakwestionowane w celu połączenia korelacji z przyczynowością. Astrofizyk, autor, popularyzator nauki i starszy współpracownik Forbesa, Ethan Siegel, zajął się tym w niedawnym odcinku Ask Ethan – specjalnej serii opisów. Po przeanalizowaniu ich badań Siegel zauważa, że wnioski autorów opierają się na głównym założeniu.
Założenie to jest takie, że istnieje “uniwersalny związek między masą centralnej czarnej a masą gwiazd w galaktyce, która może ewoluować w czasie kosmicznym, ale powinna być uniwersalna w danym momencie”. Na tej podstawie porównali SMBH, które wybrali do swoich danych próbnych, aby ustalić, czy istnieje “parametr sprzężenia” (reprezentowany jako k), który ma tę samą wartość w czasie kosmicznym. Ostatecznie zespół ustalił z pewnością 99,8%, że k ma wartość niezerową. Choć pozornie przekonujący, wniosek ten sprowadza się do zakładanego związku. Jak podsumował Ethan:
Ryzykując powtórzenie nadużywanego powiedzenia, “nadzwyczajne twierdzenia wymagają nadzwyczajnych dowodów”. Możliwość wielokrotnej weryfikacji wyników jest jednym z najważniejszych kwalifikatorów, aby dowody zostały uznane za wiarygodne. Innymi słowy, wyniki muszą być wielokrotnie możliwe do wykazania i (najlepiej) przy użyciu różnych metod. Autorzy przyznają to do wiadomości i mają nadzieję, że powtarzające się obserwacje je potwierdzą. Ale na razie twierdzenie, które złożyli, pozostaje niezwykłe i (biorąc pod uwagę implikacje) wymaga dalszego dochodzenia.
______________________
Spodobał Ci się wpis ? To postaw kawę
