Astronomer har vetat i två decennier att universums expansion accelererar, men fysiken i denna expansion förblir ett mysterium. Nu, ett team av forskare vid University of Hawai'i i Mānoa har gjort en ny förutsägelse – den mörka energin som är ansvarig för denna accelererande tillväxt kommer från ett stort hav av kompakta objekt spridda över tomrummen mellan galaxer. Denna slutsats är en del av en ny studie publicerad i The Astrofysisk tidskrift .

I mitten av 1960-talet fysiker föreslog först att stjärnkollaps inte skulle bilda äkta svarta hål, men bör istället bilda Generic Objects of Dark Energy (GEODEs). Till skillnad från svarta hål, GEODE:er "bryter" inte Einsteins ekvationer med singulariteter. Istället, ett snurrande lager omger en kärna av mörk energi. Sett från utsidan, GEODEs och svarta hål ser mestadels ut på samma sätt, även när "ljuden" av deras kollisioner mäts av gravitationsvågobservatorier.

Eftersom GEODEs efterliknar svarta hål, det antogs att de rörde sig genom rymden på samma sätt som svarta hål. "Detta blir ett problem om du vill förklara den accelererande expansionen av universum, " sa UH Mānoa Institutionen för fysik och astronomi forskare Kevin Croker, huvudförfattare till studien. "Även om vi bevisade förra året att GEODEs, i princip, kan ge den nödvändiga mörka energin, du behöver massor av gamla och massiva GEODEs. Om de rörde sig som svarta hål, hålla sig nära synlig materia, galaxer som vår egen Vintergatan skulle ha störts.''

Croker samarbetade med UH Mānoa Institutionen för fysik och astronomi doktorand Jack Runburg, och Duncan Farrah, en fakultetsmedlem vid UH Institute for Astronomy och avdelningen för fysik och astronomi, för att undersöka hur GEODE:er rör sig genom rymden. Forskarna fann att det snurrande lagret runt varje GEODE bestämmer hur de rör sig i förhållande till varandra. Om deras yttre lager snurrar långsamt, GEODE:er klumpar sig snabbare än svarta hål. Detta beror på att GEODE får massa från tillväxten av själva universum. För GEODEs med lager som snurrar nära ljusets hastighet, dock, massaökningen domineras av en annan effekt och GEODErna börjar stöta bort varandra. "Beroendet av spinn var egentligen ganska oväntat, " sa Farrah. "Om det bekräftas av observation, det skulle vara en helt ny klass av fenomen."

Teamet löste Einsteins ekvationer under antagandet att många av de äldsta stjärnorna, som föddes när universum var mindre än 2 procent av sin nuvarande ålder, bildade GEODE när de dog. Eftersom dessa uråldriga GEODEr livnärde sig på andra stjärnor och rikligt med interstellär gas, de började snurra mycket snabbt. När den snurrar tillräckligt snabbt, GEODEs ömsesidiga avstötning fick de flesta av dem att "socialt distansera" till regioner som så småningom skulle bli de tomma tomrummen mellan dagens galaxer.

Denna studie stöder ståndpunkten att GEODE kan lösa problemet med mörk energi samtidigt som de förblir i harmoni med olika observationer över stora avstånd. GEODE håller sig borta från dagens galaxer, så att de inte stör känsliga stjärnpar som räknas inom Vintergatan. Antalet forntida GEODE:er som krävs för att lösa problemet med mörk energi överensstämmer med antalet forntida stjärnor. GEODE:er stör inte den uppmätta fördelningen av galaxer i rymden eftersom de separeras från lysande materia innan den bildar dagens galaxer. Till sist, GEODEs påverkar inte direkt de milda krusningarna i efterskenet av Big Bang, eftersom de föds från döda stjärnor hundratals miljoner år efter frisläppandet av denna kosmiska bakgrundsstrålning.

Forskarna var försiktigt optimistiska om sina resultat. "Man trodde att utan en direkt upptäckt av något annat än en Kerr [svart hål]-signatur från LIGO-Virgo [gravitationsvågobservatorier], du skulle aldrig kunna säga att GEODEs existerade, " sa Farrah. Croker tillade, "men nu när vi har en tydligare förståelse för hur Einsteins ekvationer länkar ihop stort och smått, vi har kunnat komma i kontakt med data från många samhällen, och en sammanhängande bild börjar bildas."

Enligt Runburg, vars huvudsakliga forskningsintresse inte är relaterat till GEODEs, "den mest spännande konsekvensen, för mig, är att tidigare frånkopplade forskargrupper nu har gemensam grund. När olika samhällen arbetar tillsammans, helheten blir alltid något större än summan av delarna."