Jedna ze studovaných galaxií NGC 524 v souhvězdí Ryb. Kredit: ESA/Hubble.

Navzdory enormnímu úsilí se vědci stále potýkají se dvěma až otravně záhadnými substancemi vesmíru. Temnou hmotnou a ještě temnější energií. Jsou to přízraky, které nás straší ze spaní, ale zároveň je nutně potřebujeme, protože vysvětlují kosmologické fenomény, s nimiž bychom si jinak nevěděli rady.

Duncan Farrah. Kredit: University of Hawai'i.

Velmi stručně řečeno, temná energie byla „vynalezena“, aby zachránila situaci po zjištění, že rozpínání vesmíru zrychluje. Právě temná energie by měla toto zrychlování pohánět. Temná energie je obecně považována za ještě přízračnější záležitost než temná hmota, u které je alespoň solidní představa o tom, že opravdu existuje. Přesto se možná blýská na lepší časy. Duncan Farrah z americké University of Hawai'i s početným týmem kolegů pozorovali supermasivní černé díry v centrech galaxií a jsou přesvědčeni, že právě tam najdeme vytoužený zdroj temné energie.

Jejich analýzy supermasivních černých děr odhalily, že rostou intenzivněji než by měly. V kostce to znamená, že by zdrojem fenoménu temné energie mohly supermasivní černé díry v kontextu Einstenovské gravitace. Je to překvapující výsledek i pro samotné autory studie.

Logo. Kredit: University of Hawai'i.

Jak prozradil další člen týmu Dave Clements z britské Imperial College London, s kolegy začali sledováním růstu supermasivních černých děr a možná narazili na jednu z nejvíce hledaných odpovědí v kosmologii. Temná energie přitom straší fyziky už déle než 20 let.

Farrah a spol. studovali 9 miliard let evoluce supermasivních černých děr. Zaměřili se přitom na obří eliptické galaxie, nezměrná galaktická monstra, která pocházejí z velmi dávných časů a v dnešním vesmíru už jen dřímají. Neprobíhá v nich prakticky žádná tvorba nových hvězd a není v nich už téměř žádný materiál, který by mohla „sežrat“ jejich supermasivní černá díra.

Když badatelé porovnali obří eliptické galaxie z velmi vzdáleného, čili mladého vesmíru, s těmito galaxiemi v blízkém vesmíru, ukázalo se, že jejich supermasivní černé díry jsou mnohem větší než by měly být, kdyby rostly díky akreci okolní hmoty a splýváním s dalšími černými dírami. Dnes jsou asi 7-20krát větší než před 9 miliardami let. Tento jejich růst přitom odpovídá představě, že černé díry obsahují energii vakua.

Z analýz vyplynulo, že velikost supermasivních černých děr je v souladu s velikostí vesmíru. Podle Farrahova týmu se ukazuje, že množství temné energie ve vesmíru odpovídá energii vakua černých děr. Jde o první observační doklad toho, že černé díry skutečně obsahují energii vakua a že jsou provázány s rozpínáním vesmíru. Provázání se projevuje tak, že s rozpínáním vesmíru roste hmotnost černých děr. Badatelé tomu říkají kosmologické provázání (cosmological coupling).

Pokud tohle potvrdí další výzkum, bude to převrat v chápání temné energie, černých děr, převrat v celé kosmologii. Jak lakonicky dodává Farrah, s kolegy nepřidali k vesmíru nic nového. Prostě dospěli k tomu, že supermasivní černé díry v kontextu Einsteinovy obecné relativity jsou temnou energií.

Video: Explainer: First evidence black holes are source of dark energy

Literatura

Imperial College London 15. 2. 2023.

Astrophysical Journal 943: 133.