يقترح بحث جديد أننا قد نتمكن قريبًا من اختبار واحدة من أكثر نظريات ستيفن هوكينغ إثارة للجدل.
في السبعينيات ، اقترح هوكينج ذلك مادة سوداء، المادة غير المرئية التي تشكل معظم المادة في الكون ، يمكن صنعها الثقوب السوداء تشكلت في اللحظات الأولى من الانفجار الكبير.
اليوم ، طور ثلاثة علماء فلك نظرية لا تفسر فقط وجود المادة المظلمة ، ولكن أيضًا ظهور أكبر الثقوب السوداء في الكون.
“ما أجده شخصيًا مثيرًا للغاية بشأن هذه الفكرة هو كيف توحد بأناقة المشكلتين الصعبتين حقًا اللذين أعمل عليهما – وهما التحقيق في طبيعة المادة المظلمة وتشكيل ونمو المادة المظلمة. الثقوب السوداء – وحلها جميعًا في الحال ، “المؤلف المشارك في الدراسة بريامفادا ناتاراجان ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة ييل ، قال في بيان صحفي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للعديد من الأدوات الجديدة – بما في ذلك تلسكوب جيمس ويب الفضائي الذي تم إطلاقه مؤخرًا – إنتاج البيانات اللازمة لتقييم فكرة هوكينج الشهيرة أخيرًا.
متعلق ب: أعنف أفكار ستيفن هوكينج حول الثقوب السوداء
الثقوب السوداء من البداية
تشكل المادة المظلمة أكثر من 80٪ من كل المادة في الكون ، لكنها لا تتفاعل مباشرة مع الضوء بأي شكل من الأشكال. إنه يطفو ببساطة من خلال كونه ضخمًا ، مما يؤثر على الجاذبية داخل المجرات.
من المغري التفكير في أن الثقوب السوداء يمكن أن تكون مسؤولة عن هذه الأشياء المراوغة. بعد كل شيء ، يُقال إن الثقوب السوداء مظلمة ، لذا فإن ملء المجرة بالثقوب السوداء يمكن أن يفسر نظريًا جميع ملاحظات المادة المظلمة.
لسوء الحظ ، في الكون الحديث ، لا تتشكل الثقوب السوداء إلا بعد موت النجوم الضخمة ، ثم تنهار تحت وطأة جاذبيتها. لذا فإن صنع الثقوب السوداء يتطلب الكثير من النجوم – الأمر الذي يتطلب مجموعة من المادة العادية. يعرف العلماء مقدار المادة الطبيعية في الكون من الحسابات التي أجريت في بداية الكون ، حيث كانت الأولى هيدروجين و الهيليوم شكل. وببساطة لا توجد مادة طبيعية كافية لإنتاج كل المادة المظلمة التي لاحظها علماء الفلك.
عمالقة النوم
هنا يأتي دور هوكينج. في عام 1971 ، اقترح أن الثقوب السوداء تشكلت في البيئة الفوضوية للحظات الأولى من الانفجار العظيم. هناك ، يمكن أن تصل جيوب المادة تلقائيًا إلى الكثافات اللازمة لتكوين الثقوب السوداء ، مما يؤدي إلى إغراق الكون قبل وقت طويل من وميض النجوم الأولى. اقترح هوكينج أن هذه الثقوب السوداء “البدائية” يمكن أن تكون مسؤولة عن المادة المظلمة. في حين أن الفكرة مثيرة للاهتمام ، فقد ركز معظم علماء الفيزياء الفلكية بدلاً من ذلك على إيجاد جسيم دون ذري جديد لشرح المادة المظلمة.
بالإضافة إلى ذلك ، واجهت نماذج تشكيل الثقب الأسود البدائي مشاكل في الملاحظة. إذا تم تشكيل الكثير في الكون المبكر ، فقد غيروا صورة الإشعاع المتبقي من الكون المبكر ، والمعروف باسم الخلفية الكونية المنتشرة (CMB). هذا يعني أن النظرية تعمل فقط عندما يكون عدد وحجم الثقوب السوداء القديمة محدودًا جدًا ، أو أنها تتعارض مع قياسات CMB. .
تم إحياء الفكرة في عام 2015 عندما وجد مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية أول زوج من الثقوب السوداء المتصادمة. كان الثقبان الأسودان أكبر بكثير مما كان متوقعًا ، وكانت إحدى طرق تفسير كتلتهما الكبيرة هي القول إنهما تشكلتا في بدايات الكون ، وليس في قلوب النجوم المحتضرة.
حل بسيط
في أحدث الأبحاث ، تعمق ناتاراجان ونيكو كابيلوتي من جامعة ميامي وجونتر هاسينجر من وكالة الفضاء الأوروبية في نظرية الثقوب السوداء البدائية ، واستكشفوا كيف يمكن أن تفسر المادة المظلمة وربما تحل تحديات أخرى كونية.
لاجتياز اختبارات الرصد الحالية ، يجب أن تكون الثقوب السوداء البدائية ضمن نطاق كتلة معين. في العمل الجديد ، افترض الباحثون أن الثقوب السوداء البدائية كانت كتلتها حوالي 1.4 مرة كتلة الشمس. قاموا ببناء نموذج للكون استبدل كل المادة المظلمة بهذه الثقوب السوداء الخفيفة إلى حد ما ، ثم بحثوا عن أدلة رصد قد تثبت (أو تستبعد) النموذج.
اكتشف الفريق أن الثقوب السوداء البدائية يمكن أن تلعب دورًا رئيسيًا في الكون من خلال زرع النجوم الأولى والمجرات الأولى وأول ثقوب سوداء فائقة الكتلة (SMBH). تشير الملاحظات إلى أن النجوم والمجرات والـ SMBH تظهر بسرعة كبيرة في التاريخ الكوني ، وربما بسرعة كبيرة للغاية بحيث لا يمكن تفسيرها من خلال عمليات التكوين والنمو التي نلاحظها في الكون اليوم.
“الثقوب السوداء البدائية ، إن وجدت ، قد تكون البذور التي تشكلت منها جميع الثقوب السوداء الهائلة ، بما في ذلك تلك الموجودة في مركز الثقب الأسود. درب التبانةقال ناتاراجان.
والنظرية بسيطة ولا تتطلب حديقة من الجسيمات الجديدة لشرح المادة المظلمة.
وقال كابيلوتي في البيان: “تظهر دراستنا أنه بدون إدخال جسيمات جديدة أو فيزياء جديدة ، يمكننا حل الألغاز في علم الكونيات الحديث لطبيعة المادة المظلمة نفسها التي هي مصدر الثقوب السوداء الهائلة”.
حتى الآن ، هذه الفكرة مجرد نموذج ، ولكن يمكن اختبارها بسرعة كبيرة. تم تصميم تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، الذي تم إطلاقه في يوم عيد الميلاد بعد سنوات من التأخير ، خصيصًا للإجابة على أسئلة حول أصل النجوم والمجرات. والجيل القادم من كاشفات موجات الجاذبية ، ولا سيما هوائي قياس التداخل الليزري الفضائي (LISA) ، مهيأ لكشف المزيد عن الثقوب السوداء ، بما في ذلك الثقوب البدائية إن وجدت.
يجب أن يزود المرصدان معًا علماء الفلك بمعلومات كافية لتجميع تاريخ النجوم الأولى وربما أصول المادة المظلمة.
قال ناتاراجان: “كان لا يقاوم استكشاف هذه الفكرة بعمق ، مع العلم أن لديها القدرة على التحقق من صحتها بسرعة إلى حد ما”.
نُشرت في الأصل على Live Science.
