Tým vědců ve dvou nových studiích zveřejněných v časopisech The Astrophysical Journal a The Astrophysical Journal Letters překládá indicie, ze kterých vyplývá, že zdrojem tajemné temné energie jsou superhmotné černé díry v centru galaxií. Temná energie podle nich není rozptýlena v časoprostoru, ale v černých dírách zůstává.

1st observational evidence linking black holes to dark energy - Astrophysicists Duncan Farrah and Kevin Croker led the study which uncovered the first evidence of “cosmological coupling ➡️ https://t.co/OizVmxI6X7 #UHMResearch pic.twitter.com/dlia5GDuhn

— University of Hawaii at Manoa (@uhmanoa) February 16, 2023

Studiem vývoje superhmotných černých děr v průběhu devíti miliard let tým zjistil, že růst těchto gargantuovských monster odpovídá množství temné energie ve vesmíru. 

Na stopě tajemné energie

Náš vesmír se zrodil Velkým třeskem před 13,7 miliardy let. Energie z této exploze prostoru a času způsobila, že se rychle rozpínal a všechny galaxie se od sebe vzdalovaly. Vědci ale předpokládali, že rozpínání se bude postupně zpomalovat důsledkem gravitace na všechna tělesa ve vesmíru.

Mysleli si to až do konce 90. let minulého století, kdy astronomové v Hubbleově vesmírném teleskopu objevili cosi zvláštního. Pozorování vzdálených explodujících hvězd jim ukázala, že v minulosti se vesmír rozpínal pomaleji než dnes.

Tak jsme zjistili, že rozpínání vesmíru se nezpomaluje, ale naopak zrychluje. Co za tím vězí? Temná energie, která působí proti gravitaci a která je našimi přístroji nezaznamenatelná.

Dosud ale nikdo věrohodně nevysvětlil, odkud tato energie pochází.

Nyní se to možná podařilo 17 astrofyzikům z devíti zemí, kteří studovali růst černých děr. Ve studiích, které koordinovala Havajská univerzita, vědci pozorovali superhmotné černé díry v centrech galaxií a zjišťovali, jak nabývají na hmotnosti v průběhu miliard let.

Překvapení v datech

Černé díry se mohou zvětšovat dvěma základními způsoby: pohlcováním materiálu, třeba hvězd, anebo splynutím s jinou černou dírou. Jenže tyto dva jevy k vysvětlení jejich růstu nestačily.

Astrofyzici mimo jiné sledovali černé díry v mrtvých eliptických galaxiích, kde se nerodí hvězdy. V jejich středu zůstalo málo materiálu, avšak černé díry tam přesto rostly a těžkly. Za devět miliard let vyrostly víc, než by odpovídalo pohlcenému materiálu nebo spojení s jinými černými dírami.

Vědci tento růst vysvětlují vakuovou energií. To je energie, která vzniká z hmoty stlačené do bodu, ve kterém ještě platí Einstenovy vzorce pro relativitu. Měření podle nich prokázala shodu mezi velikostí vesmíru a hmotností černých děr. Naměřené množství temné energie ve vesmíru proto podle nich lze vysvětlit i vakuovou energií černých děr.

Výsledky, ke kterým vědci ve studiích dospěli, podle jejich výkladu znamenají, že k vysvětlení temné energie nemusíme do známého modelu vesmíru přidávat nic nového. Z modelů černých děr je proto možné odstranit singularity, body s nekonečnou hustotou, které nemají definované rozměry a u nichž naše fyzika selhává.

Spoluautor obou studií Dave Clements, astrofyzik z Královské univerzity v Londýně (Imperial College London), k jejich výsledkům magazínu Science Alert řekl: „Překvapilo nás to. Začali jsme studovat, jak černé díry rostou, a přitom jsme nejspíš nalezli odpověď na jeden z největších problémů současné kosmologie.“

Vědci si uvědomují, že i jiné studie nabízejí vysvětlení zdroje temné energie. Počítají však s novými, dosud nerozpoznanými částicemi nebo jevy. Autoři nových studií však nalezli elegantní řešení, které naznačuje, že temnou energií jsou vlastně černé díry.

K ověření a potvrzení těchto závěrů však budou nutná další pozorování vesmíru.