Kan svarta hål vara källan till mörk energi?

 

Mörk energi är en hypotetisk form av energi som genomtränger hela rymden och antas vara det som ökar universums expansionstakt. Den är i vår tid sättet att förklara vad som enligt observationer och experiment tolkats som en accelererande expansion av universum. Konkret att rumtiden förefaller att expandera allt fortare och fortare.

Svarta hål däremot kan enligt en ny teori förklara ursprunget eller källan för denna energi.

Tingen som utgör världen omkring oss består av materia men enbart 5 % av allt i universum är materia något vi kan ta på och se  (se bild ovan där procenten mellan de skilda slagen visas  av materia och energi,  bilden är från vikipedia.  Inlägget i övrigt utgår från  Chris Pearsons Astronomy Group Lead, Space Operations Division at RAL Space, and Visiting Fellow, The Open University, Dave Clements Reader in Astrophysics, Imperial College London artikel i https://theconversation.com/).  

 27 % är mörk materia en inte helt förstådd och inte bevisad materia kanske  en form av vanlig materia som inte avger, reflekterar eller absorberar ljus. Cirka 68 % består av mörk energi. En form av energi vi ännu inte förstår. För min del anser jag mörk energi och mörk materia är en form av den energi och materia vi känner till men inte förstår)

Teorin att svarta hål kan vara källan till mörk energi beskrivs i en vetenskaplig artikel publicerad i The Astrophysical Journal Letters. Studien är ett arbete av 17 astronomer i nio länder under ledning från University of Hawaii. Samarbetet inkluderade forskare i Storbritannien, baserade vid STFC RAL Space, The Open University och Imperial College London.

Genom att söka igenom data som spänner över nio miljarder år av kosmisk historia (något som ska ses som insamlad data från stjärnor i skilda tidsepoker upp till miljarder ljusår från oss) har astronomerna upptäckt de första bevisen på "kosmologisk koppling", vilket innebär tillväxten av svarta hål över tid kopplad till expansionen av universum. Tanken att svarta hål kan innehålla något som kallas vakuumenergi (en manifestation av mörk energi, en f ysisk kraft kallad Casimireffekten och Casimir-Polderkraften som uppstår ur kvantfälteffekter. ) är inte ny och diskuterades redan på 1960-talet. Men den nya studien visar att denna energi (och därmed massan av de svarta hålen) ökar över tid och kan ha ett samband med att när universum expanderar.

Teamet beräknade hur mycket av den mörka energin i universum som kunde hänföras till denna process. De fann att svarta hål potentiellt kan förklara den totala mängden mörk energi i universum idag.

Universum började med en Big Bang för cirka 13,7 miljarder år sedan. Energin från denna explosion i rymd och tid gjorde att universum att expanderade snabbt (och även uppkom). Länge förväntade vi oss att denna expansion gradvis skulle sakta ner på grund av gravitation.

Det här är ansågs fram till slutet av 1990-talet. Men då rymdteleskopet Hubble upptäckte något konstigt. Observationer av avlägsna (miljarder ljusår bort) exploderande stjärnor (supernovor) visade att universum expanderade långsammare i det förgångna än i vår tid. Universums expansion har inte avtagit över tid på grund av gravitation utan accelererat i hastighet.

För att försöka förstå detta föreslogs att "mörk energi" var anledningen till expansionen och att denna hade en kraftigare  effekt än gravitationen (gravitationen blev verkningslös på expansionen). Begreppet mörk energi var mycket likt en matematisk konstruktion som Einstein hade föreslagit men senare kasserat - en "kosmologisk konstant" som motsatte sig gravitationen och hindrade universum från att kollapsa.

Lösningen verkar kunna finnas i ett annat kosmiskt mysterium: svarta hål. Svarta hål uppstår vanligtvis när massiva stjärnor exploderar som en supernova. Gravitationen och trycket i dessa våldsamma explosioner komprimerar stora mängder materia till ett litet utrymme. Till exempel skulle en stjärna med ungefär samma massa som vår sol klämmas samman till några tiotals kilometer.

Ett svart håls gravitationskraft är så stark att inte ens ljus kan undkomma när det sugits in. I det svarta hålet finns en plats som kallas singularitet, där materia krossas till en punkt med oändlig densitet. Problemet är att singularitet är en matematisk konstruktion som inte borde finnas i verkligheten. De svarta hålen som finns i galaxers centrum är mycket kraftigare än de som blir till när stjärnor kollapsar (som supernovor). Dessa  "supermassiva" svarta hål i galaxers centrum kan väga miljoner till miljarder gånger mer än vår sol.

Alla svarta hål ökar i storlek genom att de drar till sig materia ex i form av stjärnor som kommer för nära eller genom att smälta samman med andra svarta hål. Så de blir allt större efterhand som universum blir allt äldre.

Teamet jämförde observationer av elliptiska galaxer, som saknar stjärnbildning. Dessa avsomnade galaxer (i betydelsen att här bildas inga nya stjärnor) har förbrukat allt sitt bränsle (gas mm mellan solsystemen där) så varje ökning av deras svarta håla massa kan inte tillskrivas de normala processerna (indragning av gas stjärnor mm) genom vilka svarta hål växer genom att ackumulera materia.

Istället föreslog teamet att dessa svarta hål  innehåller vakuumenergi och  är "kopplade" till varför universums expansion ökar. (Kanske mörk materia och energi om det finns dras in i svarta hål och ökar dess massa. Men här diskuteras att svarta hål producerar mörk energi och att denna process ökar expansionen av universum)

Denna modell ger ett möjligt ursprung för den mörka energin i universum. Det kringgår också de matematiska problem som påverkar vissa studier av svarta hål eftersom det undviker behovet av en singularitet i mitten.

Teamet beräknade också hur mycket av den mörka energin i universum som kunde hänföras till denna kopplingsprocess. De drog slutsatsen att det skulle vara möjligt för svarta hål att tillhandahålla den nödvändiga mängden vakuumenergi för att redogöra för all mörk energi som vi mäter i universum idag.

Detta skulle inte bara förklara ursprunget till mörk energi i universum utan skulle också få oss att radikalt ompröva vår förståelse av svarta hål och deras roll i kosmos.

Mycket mer arbete måste göras för att testa och bekräfta denna idé, både från observationer och ur teori. Men vi kanske äntligen ser ett  sätt att lösa problemet med mörk energi. Vad jag förstår om detta nu stämmer skulle det även förklara varför universums expansionstakt ökar. En takt som egentligen alltid kommer att öka då, utifrån teorin att  vaccumenergin ökar.

Bild vikipedia vilken enligt uppskattning visar i bild en NASA-graf vilkenvisar att universums energiinnehåll  består av cirka 70 %  mörk energi, vars närvaro härleds i dess effekt på universums expansion. Men lite är känt om dess natur.