Een nieuwe natuurkundige theorie suggereert dat zwarte gaten de sleutel zijn tot de uitdij- en samentrekkingscycli van het universum

Het heelal breidt zich uit. Niemand met enige ervaring in astronomie of natuurkunde is het met dit feit oneens.

Evenzo is niemand het er echt mee eens dat op een bepaald moment, miljarden jaren in de toekomst, het universum zal uitdijen dusver– Geen energie meer voor verdere uitbreiding. Op dit punt moet er iets veranderen. Hier begint de controverse.

Er zitten nieuwe rimpels in dat kosmologische argument, en het is warrig. volgens Nieuwe studie Volgens kosmologen Daniela Pérez en Gustavo Romero, beiden van het Argentijnse Instituut voor Röntgenstraling, is het universum herhaaldelijk aan het uitdijen en inkrimpen, en grote zwarte gaten zijn enkele van de weinige dingen die deze eindeloze cycli van vernietiging en vernieuwing hebben overleefd. Deze cycli maken deel uit van wat kosmologen een potentiële ‘kosmische sprong’ noemen.

Het wiskundige model van een theoretisch zwart gat staat centraal in het peer-reviewed onderzoek van Perez en Romero, dat vorige maand in het wetenschappelijke tijdschrift verscheen. fysieke beoordeling d.

“Ons belangrijkste resultaat is dat de oplossing een dynamisch zwart gat vertegenwoordigt dat aanwezig is in alle perioden van het kosmologische regressiemodel”, schreven ze.

Met andere woorden, het zwarte gat van Perez en Romero overleefde zelfs toen alles eromheen werd weggevaagd toen het universum instortte op weg naar een definitief herstel.

Het is een overtuigende ontdekking. De kwestie van de rol van een zwart gat in het terugkaatsende universum is “duidelijk intrigerend”, vertelde Leandros Perivolaropoulos, een natuurkundige aan de Universiteit van Ioannina in Griekenland die niet betrokken was bij de studie, aan The Daily Beast, “en dit artikel kan worden gezien als een eerste poging om het aan te pakken.” .

Maar let op: er worden veel aannames gedaan in het betoog van Perez en Romero. Het is mogelijk dat op het moment dat het universum van samentrekking naar uitdijing stuitert, alle regels die ons begrip van de natuurkunde leiden uit het raam verdwijnen. Misschien proberen we het ondoorgrondelijke te begrijpen.

“De algemene relativiteitstheorie zelf breekt af in zowel de singulariteit van het zwarte gat als de bounce-singulariteit”, zei Perivolaropoulos. “Dus elke conclusie die erop is gebaseerd, kan niet serieus worden genomen.”

Met andere woorden, op het moment dat het heelal instort tot zijn kleinste omvang net voor het stuiteren, zal de zwaartekracht niet meer normaal werken. Dit is wat we bedoelen met singulariteit: een uitzondering op de wetten van de fysica. We hebben geen idee hoe een zwart gat zich zal gedragen als de regels er niet zijn.

Perivolaropoulos voegde eraan toe dat de methoden van Perez en Romero “een groot potentieel voor verbetering hebben, om het zacht uit te drukken.”

Voor alle duidelijkheid: het basisidee dat het universum herhaaldelijk uitdijt en inkrimpt, is niet nieuw. Kosmische regressie is een van de vele leidende theorieën onder kosmologen die de oorsprong en het lot van het universum bestuderen.

In feite gelooft minstens één team van wetenschappers dat ons 13,7 miljard jaar oude universum aan het einde van zijn laatste expansiefase is, en U kunt weer contracteren Over ongeveer honderd miljoen jaar is het op weg naar een nieuwe sprong in een paar miljard of tientallen miljarden jaren.

Alternatieve theorieën over de manier waarop het universum zou kunnen eindigen, zijn onder meer dat het universum vertraagt ​​​​en bevriest, op zichzelf instort of in oneindig gefragmenteerde zakuniversums draait. Te midden van alle opties is het duidelijk waarom kosmische bounce zoveel aandacht trekt. Het is een mooie manier om enkele van de vreemde dingen die we om ons heen in de ruimte zien uit te leggen.

Ten eerste kan het helpen verklaren waarom er zulke vreemde, verspreide brokken dingen zijn in een universum dat meestal uniform leeg is. Melkwegstelsels. sterren. planeten. Mensen. Onregelmatigheden in de ruimte zijn een bijproduct van oneindige uitzetting en samentrekking.

Bounce kan ook zinvol zijn voor de grootste zwarte gaten. Met name de “enorme” diversiteit die miljarden keren groter is dan onze zon en die zo’n sterke zwaartekracht uitoefent op de ruimte om hen heen dat zelfs licht niet kan ontsnappen.

Tot nu toe hebben we twee van deze enorme zwarte gaten gedetecteerd met behulp van een nieuwe wereldwijde set radiotelescopen genaamd event horizon telescoop. een waargenomen In het centrum van onze melkweg, de Melkweg. was de ander Gespot in het hart van Messier 87een sterrenstelsel op 54 miljoen lichtjaar afstand.

Een zwart gat bevat het dichtst bij een singulariteit – een uitzondering op de geaccepteerde regels van de fysica – die we direct kunnen waarnemen met onze telescopen. In het hart van een onmogelijk dicht donker zwart gat brokkelt ons begrip van het universum af. Zoals Perivolaropoulos zei.

Er is iets speciaals aan iets dat zo groots en intens is. Dit is iets speciaals dat de grootste zwarte gaten kan helpen overleven elke keer dat het universum terugkaatst en al het andere wordt samengeperst tot een soort zacht deeg van materie en energie.

Hun voortbestaan ​​kan de sleutel zijn. Misschien, heel misschien, is het geen toeval dat zwarte gaten blijven bestaan, en hun unieke vreemdheid behouden, wanneer alles om hen heen in homogeniteit krimpt. Zwarte gaten kunnen een van de redenen zijn waarom het universum kan terugveren Rug Nadat het eens in de 30 miljard jaar of zo samentrekt.

Volgens Perez en Romero zijn er redenen om aan te nemen dat grote zwarte gaten, die nog intact zijn na de kosmische bounce, het universum helpen herbouwen door materiaal terug te brengen naar de ruimte en nieuw uitdijende materie te mengen met zijn energie.

“Als zwarte gaten door de bounce gaan, kunnen ze verstoringen veroorzaken die zouden leiden tot structuurvorming en vroege vorming van een uitdijend sterrenstelsel”, schreven ze. Zwarte gaten kunnen fungeren als motoren van creatie of herconfiguratie, als je wilt – en helpen om sterrenstelsels, sterren en planeten te vormen tot een terugkaatsend sterrenstelsel.

Het is een aantrekkelijk idee. Vooral in het licht van een andere theorie die aan geloofwaardigheid heeft gewonnen (parallel met het idee van kosmische bounce) dat er superzware zwarte gaten in het centrum van elk sterrenstelsel zijn. We hebben ze nog niet allemaal gevonden.

Om eerlijk te zijn, zijn Perez en Romero niet de eerste kosmologen die de relatie tussen het stuiterende heelal en superzware zwarte gaten onderzoeken. Bernard Carr en Timothy Clifton van de Queen Mary University of London, samen met Alan Cooley van de Dalhousie University in Canada, Er is over geschreven Zwarte gaten hebben de kosmische bounce al jaren overleefd. “De wiskunde die we hebben gedaan, suggereert dat het mogelijk is”, vertelde Cooley aan The Daily Beast.

Het verschil is dat, in het model van Cooley en collega’s, zwarte gaten zijn ingebed in de omringende structuur van een krimpend heelal in plaats van erin opgesloten. Dit zou het voor zwarte gaten gemakkelijker maken om weerstand te bieden, zelfs als de dingen in de structuur van het universum op zichzelf instorten.

In het denken van Perez en Romero zijn zwarte gaten zo binnen de structuur. “Ze kijken naar een iets ander model,” zei Cooley. In dit concept van een terugkaatsend universum zijn zwarte gaten veel taaier dan iemand ooit had gedacht – en misschien zelfs belangrijker voor de nieuwe uitbreiding van het universum.

Als er een risico is in de kosmologiehoek die Perez en Romero delen met Cooley en co-auteurs, zijn de harde gegevens over terugkaatsende universums en superzware zwarte gaten behoorlijk zwak. Onze ruimtesondes zijn schaars. We kunnen tot nu toe alleen zien met oude telescopen.

Om een ​​betere behandeling te krijgen van de potentiële door zwarte gaten geassisteerde kosmische bounce, moeten we meer zwarte gaten vinden. Vooral de grote in de centra van sterrenstelsels. We hebben ook betere metingen nodig van de achtergrondstraling van het heelal. Een nauwkeurige stralingsmeting kan wijzen op cycli van uitzetting en samentrekking.

Het goede nieuws is dat deze waarnemingen binnenkort mogelijk zijn. de nieuwe biceps-array, een groep van vier radiotelescopen in aanbouw op de Zuidpool, zou ons vanaf de komende jaren goede stralingsmetingen kunnen geven. En van de Event Horizon Telescope kunnen we meer beelden (en zelfs enkele filmpjes) van grote zwarte gaten verwachten.

Als kosmologen zoals Perez, Romero en Cooley overal zwarte gaten beginnen te vinden, en ook de veelbetekenende stralingspatronen van het stuiterende universum gaan vastleggen, moeten we misschien vrede sluiten met het idee dat alles wat we kunnen zien en voorstellen veel minder uniek is dan dachten we vroeger.

In feite leven we misschien in de derde, honderdste of duizendste versie van het universum na herhaalde bounces, elk gedeeltelijk gevoed door steeds grotere zwarte gaten.