Twee onderzoekers van de Universiteit van Hawaï in Manoa hebben een subtiele fout geïdentificeerd en gecorrigeerd die is gemaakt bij het toepassen van de vergelijkingen van Einstein om de groei van het universum te modelleren.

Natuurkundigen gaan er gewoonlijk van uit dat een kosmologisch groot systeem, zoals het universum, is ongevoelig voor details van de kleine systemen die erin zitten. Kevin Croker, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Natuur- en Sterrenkunde, en Joel Weiner, een faculteitslid in de afdeling Wiskunde, hebben aangetoond dat deze veronderstelling kan mislukken voor de compacte objecten die overblijven na de ineenstorting en explosie van zeer grote sterren.

"Al 80 jaar we hebben over het algemeen geopereerd in de veronderstelling dat het universum, in grote lijnen, werd niet beïnvloed door de specifieke details van een kleine regio, "zei Croker. "Het is nu duidelijk dat de algemene relativiteitstheorie waarneembaar ingestorte sterren - regio's ter grootte van Honolulu - kan verbinden met het gedrag van het universum als geheel, meer dan duizend miljard miljard keer groter."

Croker en Weiner toonden aan dat de groeisnelheid van het heelal gevoelig kan worden voor de gemiddelde bijdrage van dergelijke compacte objecten. Hetzelfde, de objecten zelf kunnen worden gekoppeld aan de groei van het universum, energie winnen of verliezen, afhankelijk van de compositie van de objecten. Dit resultaat is significant omdat het onverwachte verbanden onthult tussen kosmologische en compacte objectfysica, wat op zijn beurt leidt tot veel nieuwe observationele voorspellingen.

Een gevolg van dit onderzoek is dat de groeisnelheid van het heelal informatie geeft over wat er met sterren aan het einde van hun leven gebeurt. Astronomen gaan er doorgaans van uit dat grote sterren zwarte gaten vormen wanneer ze sterven, maar dit is niet de enige mogelijke uitkomst. In 1966, Erast Gliner, een jonge natuurkundige aan het Ioffe Physico-Technical Institute in Leningrad, stelde een alternatieve hypothese voor dat zeer grote sterren zouden instorten in wat nu Generic Objects of Dark Energy (GEODE's) zou kunnen worden genoemd. Van buitenaf gezien lijken dit zwarte gaten, maar in tegenstelling tot zwarte gaten, ze bevatten donkere energie in plaats van een singulariteit.

In 1998, twee onafhankelijke teams van astronomen ontdekten dat de uitdijing van het heelal versnelt, consistent met de aanwezigheid van een uniforme bijdrage van Dark Energy. Het werd niet herkend, echter, dat GEODEs op deze manier zouden kunnen bijdragen. Met het gecorrigeerde formalisme, Croker en Weiner toonden aan dat als een fractie van de oudste sterren instortte tot GEODE's, in plaats van zwarte gaten, hun gemiddelde bijdrage van vandaag zou natuurlijk de vereiste uniforme Donkere Energie opleveren.

De resultaten van deze studie zijn ook van toepassing op de botsende dubbelstersystemen die waarneembaar zijn door zwaartekrachtgolven door de LIGO-Virgo-samenwerking. in 2016, LIGO kondigde de eerste waarneming aan van wat leek op een botsend dubbel zwart gatsysteem. Dergelijke systemen werden verwacht te bestaan, maar het paar objecten was onverwacht zwaar - ongeveer 5 keer groter dan de massa's van zwarte gaten die in computersimulaties waren voorspeld. Met behulp van het gecorrigeerde formalisme, Croker en Weiner hebben overwogen of LIGO-Virgo dubbele GEODE-botsingen waarneemt, in plaats van dubbele botsingen met zwarte gaten. Ze ontdekten dat GEODE's samengroeien met het universum in de aanloop naar dergelijke botsingen. Wanneer de botsingen plaatsvinden, de resulterende GEODE-massa's worden 4 tot 8 keer groter, in grote lijnen overeen met de waarnemingen van LIGO-Virgo.

Croker en Weiner waren voorzichtig om hun theoretische resultaat te scheiden van observationele ondersteuning van een GEODE-scenario, benadrukkend dat "zwarte gaten zeker niet dood zijn. Wat we hebben aangetoond is dat als GEODE's bestaan, dan kunnen ze gemakkelijk aanleiding geven tot waargenomen verschijnselen die momenteel geen overtuigende verklaringen hebben. We voorzien tal van andere observationele gevolgen van een GEODE-scenario, inclusief vele manieren om het uit te sluiten. We zijn nog maar net begonnen aan de oppervlakte."

De studie, Implicaties van symmetrie en druk in de kosmologie van Friedmann:I. formalisme, wordt gepubliceerd op 28 augustus 2019 nummer van The Astrofysisch tijdschrift en is online beschikbaar.