Οι παρατηρήσεις γιγαντιαίων μαύρων τρυπών στα κέντρα γαλαξιών υποδεικνύουν πως ίσως να αποτελούν την πηγή της Σκοτεινής Ενέργειας, που θεωρείται ότι αποτελεί το 70% του σύμπαντός μας.
Οι μετρήσεις από αρχαίους γαλαξίες δείχνουν ότι οι μαύρες τρύπες μεγαλώνουν περισσότερο από ό,τι αναμενόταν, κάτι που συνάδει με ένα ένα φαινόμενο που προβλέπεται στη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν. Το αποτέλεσμα πιθανώς δείχνει ότι δεν χρειάζεται να προστεθεί κάτι νέο στην εικόνα μας για το σύμπαν ώστε να «καλύπτει» και τη Σκοτεινή Ενέργεια: Οι μαύρες τρύπες, σε συνδυασμό με τη βαρύτητα του Αϊνστάιν, είναι η πηγή.
Στο συμπέρασμα αυτό κατέληξε μια ομάδα 17 ερευνητών σε εννιά χώρες, της οποίες ηγήθηκε το Πανεπιστήμιο της Χαβάης και στην οποία συμμετείχαν φυσικοί του Imperial College London και του STFC RAL Space. Η έρευνα δημοσιεύτηκε σε δύο άρθρα στο The Astrophysical Journal και το The Astrophysical Journal Letters.
Όπως είπε ο Dr. Ντέιβ Κλέμεντς, από το Τμήμα Φυσικής του Imperial, «είναι ένα πραγματικά εκπληκτικό αποτέλεσμα. Αρχίσαμε ψάχνοντας πώς οι μαύρες τρύπες μεγαλώνουν στο πέρασμα του χρόνου, και μπορεί να βρήκαμε την απάντησε σε ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα στην κοσμολογία».
Ο Dr. Κρις Πίρσον, του STFC RAL Space, είπε πως «αν αντέχει η θεωρία, τότε αυτό θα φέρει επανάσταση σε όλη την κοσμολογία, επειδή τουλάχιστον έχουμε μια λύση για την προέλευση της Σκοτεινής Ενέργειας που προκαλεί ερωτηματικά στους κοσμολόγους και τους θεωρητικούς φυσικούς για πάνω από 20 χρόνια».
Κατά τη δεκαετία του 1990 ανακαλύφθηκε πως η διαστολή του σύμπαντος επιταχυνόταν: Όλα απομακρύνονταν από όλα τα άλλα, όλο και ταχύτερα. Αυτό είναι δύσκολο να εξηγηθεί, καθώς η έλξη της βαρύτητας μεταξύ όλων των αντικειμένων στο σύμπαν θα έπρεπε να επιβραδύνει τη διαστολή.
Για να εξηγηθεί αυτό, είχε προταθεί πως μια «σκοτεινή ενέργεια» ήταν υπεύθυνη για την προαναφερθείσα απομάκρυνση- και ήταν ισχυρότερη από τη βαρύτητα. Αυτό συνδέθηκε με κάτι που είχε προτείνει ο Αϊνστάιν μα αργότερα απορρίφθηκε: Μια «κοσμολoγική σταθερά» που ερχόταν σε αντίθεση με τη βαρύτητα και εμπόδιζε το σύμπαν να καταρρεύσει.
Αυτή η ιδέα επέστρεψε δριμύτερη με την ανακάλυψη της επιταχυνόμενης διαστολής του σύμπαντος, με βασικό στοιχείο ένα είδος ενέργειας που περιλαμβάνεται στον ίδιο τον χωροχρόνο, την ενέργεια κενού (vacuum energy). Η ενέργεια αυτή απομακρύνει το σύμπαν, επιταχύνοντας τη διαστολή του.
Ωστόσο οι μαύρες τρύπες αποτελούσαν πρόβλημα: Η εξαιρετικά ισχυρή τους βαρύτητα είναι δύσκολο να αντιμετωπιστεί, ειδικά στα κέντρα τους, όπου όλα φαίνονται να καταρρέουν (singularity). Τα νέα αυτά αποτελέσματα, ωστόσο, δείχνουν πως οι μαύρες τρύπες κερδίζουν μάζα με τρόπο ο οποίος «δένει» με το ενδεχόμενο να περιέχουν ενέργεια κενού, παρέχοντας έτσι μια πηγή Σκοτεινής Ενέργειας και εξαλείφοντας την ανάγκη για σχηματισμό «singularity» στο κέντρο.
Το συμπέρασμα αυτό προέκυψε κατόπιν μελέτης της εξέλιξης των μαύρων τρυπών σε ένα διάστημα εννιά δισεκατομμυρίων ετών. Οι μαύρες τρύπες σχηματίζονται όταν «πεθαίνουν» γιγαντιαία άστρα. Όταν βρίσκονται στο κέντρο ενός γαλαξία, αποκαλούνται γιγαντιαίες/ κολοσσιαίες μαύρες τρύπες (supermassive). Αυτές έχουν μέσα τους μάζα εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου, σε έναν συγκριτικά μικρό χώρο, δημιουργώντας εξαιρετικά ισχυρή βαρύτητα.
Οι μαύρες τρύπες αυξάνονται σε μέγεθος συσσωρεύοντας ύλη- όπως, πχ, καταπίνοντας άστρα που έρχονται κοντά, ή πραγματοποιώντας συγχωνεύσεις με άλλες μαύρες τρύπες. Για να διαπιστωθεί εάν αυτό αρκεί από μόνο του για την ανάπτυξη αυτών των μαύρων τρυπών, η ομάδα εξέτασε δεδομένα εννέα δισεκατομμυρίων ετών.
Οι ερευνητές εξέτασαν έναν συγκεκριμένο τύπο γαλαξία, τους γιγαντιαίους ελλειπτικούς γαλαξίες, που εξελίχθηκαν νωρίς στην ιστορία του σύμπαντος και μετά μπήκαν σε «νάρκη». Οι γαλαξίες που είναι σε «νάρκη» έχουν σταματήσει να σχηματίζουν άστρα, αφήνοντας λίγη ύλη για τη μαύρη τρύπα στο κέντρο, κάτι που σημαίνει πως η περαιτέρω ανάπτυξη δεν μπορεί να εξηγηθεί από αυτές τις φυσιολογικές αστροφυσικές διαδικασίες.
Η σύγκριση των παρατηρήσεων μακρινών γαλαξιών (όταν ήταν νέοι) με τους τοπικούς ελλειπτικούς γαλαξίες (που είναι αρχαίοι και νεκροί) έδειξε ανάπτυξη πολύ μεγαλύτερη από αυτή που θα μπορούσε να εξηγηθεί από τη συσσώρευση ύλης και τις συγχωνεύσεις: Οι σημερινές μαύρες τρύπες είναι 7-20 φορές μεγαλύτερες από ό,τι ήταν πριν από εννιά δισεκατομμύρια χρόνια.
Περαιτέρω μετρήσεις έδειξαν πως το μέγεθος του σύμπαντος συνάδει με τη μάζα των μαύρων τρυπών- και η εκτιμώμενη ποσότητα Σκοτεινής Ενέργειας στο σύμπαν μπορεί να εξηγηθεί με την ενέργεια κενού των μαύρων τρυπών.
Πρόκειται για τα πρώτα παρατηρησιακά στοιχεία που δείχνουν ότι οι μαύρες τρύπες περιέχουν ενέργεια κενού και ότι «συνδέονται» με τη διαστολή του σύμπαντος, αυξανόμενες σε μάζα καθώς το σύμπαν διαστέλλεται- ένα φαινόμενο γνωστό ως κοσμολογική σύζευξη ή σύνδεση (cosmological coupling). Αν περαιτέρω παρατηρήσεις το επιβεβαιώσουν, τότε θα αλλάξει ο τρόπος κατανόησης των μαύρων τρυπών.