Om du skulle dyka in i ett svart hål (något vi inte skulle rekommendera), skulle du sannolikt hitta en singularitet, eller en oändligt liten och tät punkt, i centrum. Eller det är vad fysiker alltid har tänkt.
Men nu antyder ett par forskare att vissa svarta hål kanske inte är svarta hål alls. Istället kan de vara konstiga föremål som är fulla av mörk energi - den mystiska kraften som tros pressa i universumets gränser och får den att växa i allt högre takt.
"Om det vi trodde var svarta hål faktiskt är föremål utan singulariteter, är den accelererade expansionen av vårt universum en naturlig följd av Einsteins teori om allmän relativitet," sa Kevin Croker, en astrofysiker vid University of Hawaii i Mānoa.
Croker och en kollega beskriver denna idé i en ny studie, publicerad online 28 augusti i Astrophysical Journal. Om de har rätt, och singulariteten i hjärtat av ett svart hål kan ersättas av en konstig energi som slänger allt ifrån varandra, kan det revolutionera vårt sätt att tänka på dessa täta föremål.
Duon var inte ute för att avslöja vad som finns i ett svart hål. Croker och Joel Weiner, en professor emeritus i matematik vid samma universitet, tittade på Friedmanns ekvationer, som förenklas från Einsteins teori om allmän relativitet. (Relativitet beskriver hur massa och energi varp rymd-tid.) Fysiker använder Friedmanns ekvationer för att beskriva universums expansion, delvis för att matematiken är enklare än i Einsteins likvärdighetskropp som beskriver relativitet. Teamet fann att, för att korrekt skriva ned Friedmanns ekvationer, måste ultradense och isolerade rymdområden, som neutronstjärnor och svarta hål, behandlas på samma matematiska sätt som alla andra områden. Tidigare trodde kosmologer att det var rimligt att ignorera de inre detaljerna i ultradense och isolerade regioner, till exempel insidan av ett svart hål.
"Vi visade att det bara finns ett sätt att korrekt", sa Croker till Live Science. "Och om du gör det på ett sätt, vilket är rätt sätt att göra det, hittar du några intressanta saker."
De nya resultaten antyder att all den mörka energin som krävs för den snabbare expansionen av universum kan innehålla dessa alternativ till svarta hål. Forskarna upptäckte detta i matematiken, efter att de hade korrigerat sättet att skriva ut Friedmanns ekvationer. Och i ett uppföljningsdokument som lämnades in till The Astrophysical Journal och publicerat 7 september på förtrycktidsskriftet arXiv, visade de att dessa alternativ till svarta hål, kallade Generic Objects of Dark Energy (GEODEs), också kunde hjälpa till att förklara särdrag i gravitations- vågobservationer från 2016.
Matten från Friedmanns ekvationer visade att med tiden får dessa ultradense föremål vikt helt enkelt på grund av universums expansion, även när det inte finns något närliggande material för dem att konsumera. Precis som att ljus som reser genom expanderande rymd tappar energi - en effekt som kallas rödförskjutning - tappar materien också vikt när rymden expanderar. Effekten är vanligtvis så liten att den inte kan ses. Men i ultradense material med mycket starkt tryck inuti, känd som relativistiskt material, blir effekten märkbar. Mörk energi är mycket relativistisk, och dess tryck verkar motsatt mot normal materia och ljus - så föremål gjorda av den (som dessa hypotetiska GEODE) får vikt över tiden.
"Ljus är något av en konstig sak. Det beter sig på många sätt," sade Croker. "Folk förväntade sig inte att detta beteende också skulle kunna visas i andra objekt. Men vi visade, ja, du kan se det i ett annat objekt," nämligen inuti GEODEs.
GEODE föreslogs först som en idé på 1960-talet, men matematiken som stödde dem var bara utarbetad nyligen. Men det visar sig att dessa konstiga föremål också kan ge en enkel förklaring till observerade stora sammanslagningar av svart hål. Under 2016 meddelade medlemmarna i Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) -Virgo-samarbetet att de först hade observerat någonsin en sammanslagning av ett svart hål, men de beräknade massorna av de antagna svarta hålen var oväntade - forskare förväntade sig att massorna skulle vara antingen mycket högre eller lägre.
Men GEODE: er, till skillnad från traditionella svarta hål, blir vikt över tiden. Om två GEODE som bildats i det yngre universum så småningom kolliderade, när de kolliderade, skulle de ha blivit större än typiska svarta hål. Då skulle GEODE: s massor matcha de massor som sågs i den kollision som observerades av LIGO-Virgo. I stället för att behöva tänka sig en mycket specifik situation som ledde till sammanslagningen, kunde GEODE tillhandahålla en enklare lösning för att förklara observationerna.
Men inte alla forskare är övertygade. Den nya beskrivningen av dessa föremål är "motintuitiv och svår att smälta", berättade Vitor Cardoso, professor i fysik vid Instituto Superior Técnico i Lissabon, Portugal, som inte var inblandad i studien, Live Science i ett e-postmeddelande. Men, tillade han, "Jag gillar tanken på att hitta alternativ till svarta hål - det tvingar oss att stärka svarthålsparadigmet. Ibland är det svårt att hitta saker om vi inte letar efter dem."
