Sciencemag.cz
Doporučujeme
Podle nové studie se vliv temné energie na vesmír – dlouho považovaný za konstantní – ve skutečnosti v průběhu kosmického času mění. Vědci ukazují, že stávající data lze chápat jako výsledek přeměny hmoty na temnou energii v černých dírách. A jak to souvisí s neutriny v titulku?
Nové poznatky vycházejí z dat projektu/přístroje DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument). V aktuální studii se vědci zaměřili na interpretaci černých děr jako malých bublin temné energie. Hypotéza „kosmologicky spojených černých děr“ (cosmologically coupled black hole, CCBH) vyžaduje/postuluje při vzniku černé díry přeměnu hvězdné hmoty na temnou energii.
Tímto způsobem se spojuje rychlost produkce temné energie a spotřeba (úbytek?) hmoty s jiným pozorovatelným jevem, který již desítky let měří Hubbleův vesmírný dalekohled a nyní i Vesmírný dalekohled Jamese Webba: rychlostí tvorby hvězd.
Souvisejícím tématem studie je hmotnost neutrin, druhých nejhojnějších částic ve vesmíru. Vědci vědí, že tyto částice mají nenulovou hmotnost, ale její přesná hodnota dosud nebyla změřena. Interpretace nových dat DESI pomocí modelu CCBH dává nicméně výsledek větší než nula, což je v souladu s tím, co o neutrinech již víme; při jiných interpretacích naopak vychází hmotnost neutrin nulová nebo dokonce záporná.
Samotná hypotéza CCBH, tedy černých děr jako kapiček temné energie, je již stará asi 5 let. První údaje, které podpořily hypotézu CCBH, pocházely z neočekávaného růstu supermasivních černých děr v centrech neaktivních eliptických galaxií v porovnání s růstem hvězdných populací těchto galaxií. Pak navíc údaje z DESI ukázaly, že hustota temné energie koresponduje s rychlostí tvorby hvězd.
Galaktické mapy DESI obsahují informace o tom, jak rychle se vesmír rozrostl za posledních 10 miliard let, a poskytují tak kosmický inventář hmoty a temné energie. Hmota se však vyskytuje ve třech typech: studená temná hmota, baryony a neutrina. Měření raného vesmíru z dozvuku Velkého třesku měří množství temné hmoty a baryonů v dávné minulosti. Podle DESI se však zdá, že dnes je hmoty méně než v dávné minulosti. To ponechává jen malý prostor pro neutrina nebo dokonce vede k jejich záporné hmotnosti, což je fyzikálně absurdní.
Při interpretaci pomocí hypotézy CCBH však tento problém mizí. Protože hvězdy jsou tvořeny baryony a černé díry přeměňují hmotu mrtvých hvězd na temnou energii, množství baryonů dnes kleslo ve srovnání s měřeními z doby velkého třesku. To umožňuje neutrinům přispívat k bilanci hmoty způsobem, který se očekává na základě jiných měření.
Hmota zpomaluje rozpínání vesmíru, zatímco temná energie jej zrychluje. Protože se v hypotéze CCBH hmota přeměňuje na temnou energii, dochází k urychlené expanzi jinak („expanze se zrychluje rychleji/pomaleji“), což by mohlo vysvětlovat i různé různé rozpory při stanovování hodnot Hubbleovy konstanty v různě starém vesmíru.
Hypotéza CCBH také vysvětluje pozorované množství temné energie: nejde jen o nějaké magické číslo stanovené při zrození vesmíru. Temná energie pochází z mrtvých hvězd, takže neexistovala před vznikem (a zánikem) hvězd, a hvězdy se nevytvářejí, dokud vesmír nedosáhne dostatečné velikosti a nevychladne. Jakmile se hvězdy vytvoří, množství temné energie je pak přímo úměrné počtu vytvořených (a v černých dírách zaniklých) hvězd.
S. P. Ahlen et al, Positive Neutrino Masses with DESI DR2 via Matter Conversion to Dark Energy, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/yb2k-kn7h
Zdroj: University of Michigan / Phys.org
Poznámka PH: Laicky, představa záporné hmotnosti neutrin je sice absurdní. Ovšem představa, že gravitačně zhroucené černé díry urychlují expanzi vesmíru (přece normálně působí gravitačně?) a namísto za hmotu bychom je měli pokládat za temnou energii, mi přijde absurdní ještě víc… (Jak by to pak bylo s platností různých zákonů zachování. A jak by se do toho dalo zahrnout vypařování černých děr a jejich přeměna na běžnou hmotu/fotony?)
O něčem podobnéím jsem četl už před lety. Podle autorů jsou dnešní modely černých děr chybné, protože počítají gravitační pole černé díry ve statickém vesmíru. Pokud se počítá gravitační pole černé díry v rozpínajícím se vesmíru, tak údajně vyjde, že sama existence černé díry rozpínání vesmíru urychluje (to je asi myšleno tím do nesmyslna zjednodušeným vyjádřením, že černá díra mění hmotu na temnou energii). Pokud ale vím, tak ty výpočty jsou velmi náročné a nikdo neví, jestli jsou vůbec správné.
Já vím, že asi budu považován za rozumbradu, ale viděl někdy někdo, že černá díra roste? Ano, máme třeba dokázané srážky černých děr, výpočty hovoří celkem jasně, že dochází k vyzáření tolik a tolik energie pomocí gravitačních vln apod. Ale tyto výpočty vycházejí z teorií. Popravdě dle mého názoru jsme ještě neviděli, že by černá díra pohltila hmotu, doslova nemáme pozorování před a po. Nemáme možnost vyloženě černou díru zvážit. Zatím je vše jen teorie.
Co když vytvoření horizontu událostí je prostě finito, totální oddělení hmoty, která uvnitř skončí, od hmoty, která jí padá vstříc? Co když drtivá většina hmoty vesmíru, se kterou začínal, pádem na horizont událostí tehdy vzniklých černých děr, které mimochodem nevíme, jak mohly tak rychle vzniknout, způsobila onu slavnou inflaci?
A nyní do černých děr padá hmota, mnohem pomaleji, ať elektromagneticky reagující, nebo černá, a na horizontu způsobuje rozpínání vesmíru, neb nikdy nemůže za něj, ven taky ne a veškerý čas vesmíru nemůže dopadnout, takže slábnoucí potenciální energie se přeměňuje na čas a prostor.
To mě jen tak napadlo, tady a teď. Jasně, že to asi nebude pravda. Ale jak říkám, technicky vzato nikdy nikdo neviděl černou díru růst.