قد تكون التموجات في نسيج المكان والزمان والتي تسمى “موجات الجاذبية” قد قدمت أول دليل محير على وجود ثقوب سوداء صغيرة نشأت أثناء الانفجار الكبير. يمكن لهذه الثقوب السوداء البدائية بدورها أن تكون مسؤولة عن معظم إن لم يكن كل الأشياء الأكثر غموضًا في الكون، والمعروفة باسم المادة المظلمة.
على عكس الكتلة النجمية الثقوب السوداء، لم تولد الثقوب السوداء البدائية وهي ضخمة النجوم مات، ولكن بدلاً من ذلك بسبب التقلبات في الكثافة التي حدثت مباشرة بعد ولادة الكون. وهذا يعني أنها يمكن أن تكون أصغر بكثير من الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية، والتي لها على الأقل نفس كتلة عدة شموس. هؤلاء الانفجار العظيميمكن أن تكون للثقوب السوداء “غير الفيزيائية الفلكية” كتل صغيرة مثل كتلة كويكب متوسط الحجم أو كبيرة مثل كوكب ضخم.
“الثقوب السوداء الأكثر شيوعًا تتشكل نتيجة انفجار سوبر نوفا، أو موت نجم ضخم. لذلك، يمكن أن تتراوح كتلتها من بضعة أضعاف كتلة الشمس إلى مليارات الكتل الشمسية،” كما يقول الباحث في جامعة ميامي، نيكو كابيلوتي. قال في بيان. “نعتقد أن دراستنا ستساعد في تأكيد وجودها (الثقوب السوداء البدائية) بالفعل.”
لا يزال هناك احتمال أن تكون إشارة موجة الجاذبية المذكورة أعلاه بمثابة إنذار كاذب، نتيجة للتداخل أو “الضوضاء” في أذرع الليزر الضخمة لمقياس التداخل في LIGO. ومع ذلك، يعتقد كابيلوتي وزميله ألبرتو ماغاراجيا من جامعة ميامي، أن الإشارة غير العادية لا يمكن أن تكون ناجمة عن أي شيء سوى ثقب أسود بدائي.
وهم يعتزمون إثبات ذلك.
وقال ماغاراجيا: “لقد حاولنا تقدير عدد الثقوب السوداء البدائية التي قد تكون موجودة في الكون، وعدد الثقوب السوداء التي يجب أن يتمكن مرصد LIGO من اكتشافها، وكانت نتائجنا مشجعة”. “نتوقع أن تكون الثقوب السوداء تحت المجموعة الشمسية، مثل تلك التي رصدها مرصد LIGO، نادرة بالفعل، وهو ما يتوافق مع مدى ندرة رؤية مثل هذه الأحداث حتى الآن.
“إن التفسير الأكثر منطقية لإشارة LIGO، والذي يفتقر إلى أي تفسير فيزيائي فلكي تقليدي، هو اكتشاف ثقب أسود بدائي. ويشير بحثنا إلى أن هذه الثقوب السوداء البدائية يمكن أن تمثل جزءًا كبيرًا، إن لم يكن كل، من المادة المظلمة.”
ربط المادة المظلمة والثقوب السوداء البدائية
تُعد المادة المظلمة لغزًا مُلحًا لعلماء الفيزياء، لأنه على الرغم من كونها تمثل 85% من مادة الكون وبالتالي تفوق “المادة اليومية” التي تشمل النجوم والكواكب والأقمار والكويكبات وأجسادنا وكل ما نراه حولنا بنسبة خمسة إلى واحد، إلا أنهم ليس لديهم أي فكرة عن ماهية هذه المادة في الواقع. ويرجع ذلك جزئيًا إلى أنه، على عكس الجسيمات التي تشكل هذه المادة اليومية، فإن المادة المظلمة لا تتفاعل مع الإشعاع الكهرومغناطيسي، الضوء بالنسبة لي ولكم. وهذا يجعلها غير مرئية بشكل فعال، حيث لا يستطيع العلماء استنتاج وجود المادة المظلمة إلا من خلال تفاعلها معها جاذبية وتأثير ذلك على الضوء والمادة اليومية.
في الواقع، يعد تأثير جاذبية المادة المظلمة أمرًا بالغ الأهمية لأن جاذبية المادة المرئية في المجرات وحدها ليست كافية لربطها ببعضها البعض.
دفعت الخصائص غير العادية للمادة المظلمة العلماء إلى البحث خارج النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات عن الجسيمات التي يمكن أن تتكون منها. وحتى الآن، خرج هذا البحث خالي الوفاض. وقد دفع ذلك بعض العلماء إلى افتراض أن المادة المظلمة يمكن أن تكون مسؤولة جزئيًا أو كليًا عن الثقوب السوداء البدائية. مثل جميع الثقوب السوداء، تمتلك الثقوب السوداء البدائية كتلة وبالتالي تتفاعل مع الجاذبية وتكون غير مرئية بشكل فعال بسبب حقيقة أنها محاطة بسطح يحبس الضوء يسمى أفق الحدث. وهذا يجعلها مناسبة تمامًا للمادة المظلمة.
ومع ذلك، كما أقر كابيلوتي وماغاراجيا، على الرغم من اقتناعهما بأن هذه الإشارة الغامضة تشير إلى وجود ثقوب سوداء بدائية، ستكون هناك حاجة إلى المزيد من الأدلة على هذه الثقوب السوداء غير الفيزيائية الفلكية قبل أن تتمكن من الارتباط بشكل وثيق بالمادة المظلمة.
ومع استعداد مرصد LIGO، ومقره الولايات المتحدة، وشركاؤه في كاشف موجات الجاذبية، Virgo في إيطاليا، وKAGRA في اليابان، لتعزيز الحساسية وثروة مستقبلية من كاشفات موجات الجاذبية عالية الحساسية مثل LISA الفضائي (هوائي التداخل الليزري الفضائي)، في الأفق، قد يكون هذا مجرد حالة انتظار حتى تتمكن التكنولوجيا من اللحاق بالنظرية. لكن هذا ليس بالأمر الجديد. مع الأخذ في الاعتبار أن أينشتاين تنبأ بوجود موجات الجاذبية لأول مرة في عام 1915 وأن أول اكتشاف ناجح تم إجراؤه بعد 100 عام فقط في عام 2015، فإن اكتشاف هذه التموجات في الزمكان كان دائمًا لعبة انتظار تتطلب الكثير من الصبر.
وقال كابيلوتي: “التقط مرصد ليغو دليلاً قوياً للغاية على وجود هذه الأنواع من الثقوب السوداء. لكننا سنحتاج إلى اكتشاف إشارة أخرى من هذا القبيل أو حتى عدة إشارات أخرى للحصول على تأكيد دامغ على أنها حقيقية”. “لكن ما هو واضح هو أنه لا يمكن استبعادها باعتبارها حقيقية.”
تم قبول بحث الفريق للنشر في مجلة الفيزياء الفلكية وهو متاح كطبعة أولية في مستودع الورق arXiv.
التعليقات