تحقیقات جدید نشان می دهد که ممکن است به زودی بتوانیم یکی از بحث برانگیزترین نظریه های استیون هاوکینگ را آزمایش کنیم.
در دهه 1970 هاوکینگ این را پیشنهاد کرد ماده تاریک، ماده نامرئی که بیشتر ماده را در فضا می سازد، می تواند ساخته شود سیاه چاله ها در اولین لحظات شکل گرفت انفجار بزرگ.
اکنون سه ستاره شناس نظریه ای را ارائه کرده اند که نه تنها وجود ماده تاریک، بلکه ظهور بزرگترین سیاهچاله های جهان را نیز توضیح می دهد.
چیزی که من شخصاً در مورد این ایده بسیار هیجانانگیز میدانم این است که چگونه دو موضوع واقعاً چالشبرانگیز را که من روی آن کار میکنم - مطالعه ماهیت ماده تاریک و شکلگیری و رشد سیاهچالهها - به زیبایی ترکیب میکند و آنها را در یک لحظه حل میکند. او گفت. یکی از نویسندگان این مطالعه، پریاموادا ناتاراجان، اخترفیزیکدان دانشگاه ییل، در بیانیه ای گفت. علاوه بر این، چندین ابزار جدید - از جمله تلسکوپ فضایی جیمز وب که به تازگی پرتاب شده است - می تواند داده های مورد نیاز برای ارزیابی نهایی ایده معروف هاوکینگ را تولید کند.
متصل: دورترین ایده های استیون هاوکینگ در مورد سیاهچاله ها
سیاهچاله ها از ابتدا
ماده تاریک بیش از 80 درصد از کل ماده جهان را تشکیل می دهد، اما به هیچ وجه مستقیماً با نور برهم کنش ندارد. این فقط در اطراف عظیم بودن شناور است، تأثیر می گذارد جاذبه زمین در کهکشان ها
وسوسه انگیز است که فکر کنیم سیاهچاله ها ممکن است مسئول این چیزهای گریزان باشند. از این گذشته، سیاهچالهها تاریک هستند، بنابراین پر کردن یک کهکشان با سیاهچالهها میتواند از لحاظ نظری تمام مشاهدات ماده تاریک را توضیح دهد.
متأسفانه، در جهان مدرن، سیاهچالهها تنها پس از مرگ ستارههای پرجرم شکل میگیرند و سپس تحت فشار گرانش خود فرو میروند. بنابراین ایجاد سیاهچاله ها مستلزم تعداد زیادی ستاره است - که مستلزم دسته ای از ماده معمولی است. دانشمندان از محاسبات جهان اولیه می دانند که چه مقدار ماده نرمال در جهان وجود دارد، جایی که اولین هیدروژن و هلیوم شکل گرفت. و فقط ماده معمولی کافی برای ساختن تمام ماده تاریکی که ستاره شناسان مشاهده کرده اند وجود ندارد.
غول های خفته
در آنجا بود که هاوکینگ ظاهر شد. در سال 1971، او پیشنهاد کرد که سیاهچاله ها در محیط آشفته از اولین لحظات انفجار بزرگ شکل گرفته اند. در آنجا، تودههای ماده میتوانند بهطور خود به خود به چگالی لازم برای ایجاد سیاهچالهها برسند و مدتها قبل از درخشش اولین ستارهها، فضا را با آنها سرازیر کنند. هاوکینگ پیشنهاد کرد که این سیاهچاله های «اولیه» ممکن است مسئول ماده تاریک باشند. اگرچه این ایده جالب بود، اما بیشتر اخترفیزیکدانان در عوض بر یافتن یک ذره زیراتمی جدید برای توضیح ماده تاریک تمرکز کردند.
علاوه بر این، مدلهای تشکیل سیاهچاله اولیه با مشکلات رصدی مواجه شدهاند. اگر تعداد زیادی در کیهان اولیه شکل بگیرد، الگوی تابش باقیمانده از کیهان اولیه را تغییر می دهد که به عنوان پس زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) شناخته می شود. این بدان معناست که این نظریه تنها زمانی کار میکند که تعداد و اندازه سیاهچالههای باستانی کاملاً محدود باشد یا با اندازهگیریهای CMB در تناقض باشد. .
این ایده در سال 2015 احیا شد، زمانی که رصدخانه امواج گرانشی با تداخل سنج لیزری اولین جفت سیاهچاله های برخوردی خود را کشف کرد. دو سیاهچاله بسیار بزرگتر از حد انتظار بودند، و یکی از راههای توضیح جرم بزرگ آنها این است که بگوییم آنها در اوایل جهان شکل گرفته اند، نه در قلب ستارگان در حال مرگ.
یک راه حل ساده
در جدیدترین مطالعه، ناتاراجان، نیکو کاپلوتی از دانشگاه میامی و گونتر هازینگر از آژانس فضایی اروپا عمیقاً به نظریه سیاهچالههای اولیه پرداختند و به بررسی چگونگی توضیح ماده تاریک و احتمالاً حل سایر چالشهای کیهانی پرداختند.
برای گذراندن آزمایش های رصدی فعلی، سیاهچاله های اولیه باید در محدوده خاصی از جرم باشند. در کار جدید، محققان این فرضیه را مطرح کردند که سیاهچاله های اولیه جرمی در حدود 1.4 برابر جرم خورشید دارند. آنها مدلی از جهان ساختند که تمام ماده تاریک را با این سیاهچاله های نسبتاً درخشان جایگزین کرد و سپس به دنبال سرنخ هایی برای مشاهداتی گشتند که بتواند مدل را تأیید (یا رد) کند.
این تیم دریافت که سیاهچاله های اولیه می توانند با کاشت اولین ستارگان، اولین کهکشان ها و اولین سیاهچاله های ابرپرجرم (SMBH) نقش مهمی در جهان داشته باشند. مشاهدات نشان میدهد که ستارگان، کهکشانها و SMBHها خیلی سریع در تاریخ کیهانشناسی ظاهر میشوند، شاید خیلی سریع بتوان با فرآیندهای شکلگیری و رشدی که در جهان امروزی مشاهده میکنیم توضیح داد.
سیاهچالههای اولیه، اگر وجود داشته باشند، میتوانند دانههایی باشند که همه سیاهچالههای پرجرم، از جمله سیاهچالهای که در مرکز آن قرار دارد، از آنها تشکیل میشوند. راه شیری"، سعید نتاراجان.
و این نظریه ساده است و برای توضیح ماده تاریک به باغ وحشی از ذرات جدید نیاز ندارد.
کاپلوتی در بیانیهای گفت: «تحقیقات ما نشان میدهد که بدون معرفی ذرات جدید یا فیزیک جدید، میتوانیم اسرار کیهانشناسی مدرن از ماهیت خود ماده تاریک تا منشأ سیاهچالههای کلان پرجرم را حل کنیم.»
تا اینجای کار، این ایده فقط یک مدل است، اما می توان آن را نسبتاً زود آزمایش کرد. تلسکوپ فضایی جیمز وب، که در کریسمس پس از سال ها تاخیر به فضا پرتاب شد، به طور خاص برای پاسخ به سوالات در مورد منشاء ستاره ها و کهکشان ها طراحی شده است. و نسل بعدی آشکارسازهای امواج گرانشی، بهویژه آنتن فضایی تداخل سنج لیزری (LISA)، در صورت وجود، بسیار بیشتر از سیاهچالهها، از جمله سیاهچالههای اولیه را آشکار میکند.
این دو رصدخانه با هم باید اطلاعات کافی را به ستاره شناسان بدهند تا تاریخچه اولین ستارگان و احتمالاً منشا ماده تاریک را کنار هم بگذارند.
نتاراجان گفت: «مطالعه عمیق این ایده غیرقابل مقاومت بود، زیرا می دانستیم که این پتانسیل نسبتاً به زودی تأیید می شود.
در ابتدا در Live Science منتشر شد.