آیا به تازگی پژواکهایی از نخستین لحظات جهان را دریافت کردهایم؟ دانشمندان از یک پیشرفت بالقوه که میتواند درک ما از کیهان را دگرگون کند، به هیجان آمدهاند. همکاری رصدخانه موج گرانشی تداخلسنج لیزری (لایگو) و ویرگو ممکن است اولین نشانههای وسوسهانگیز از سیاهچالههای نخستین را دریافت کرده باشد؛ اجرامی اسرارآمیز که تصور میشود تنها چند ثانیه پس از بیگ بنگ شکل گرفتهاند.
از سال ۲۰۱۲، همکاری لایگو-ویرگو در گوش سپردن به سمفونی کیهان و شناسایی امواج گرانشی—چینوشکنهایی در فضا-زمان—ناشی از رویدادهای عظیمی مانند ادغام سیاهچالهها و برخورد ستارههای نوترونی، مهارت یافته است. با این حال، در ۱۲ نوامبر، یک هشدار خودکار با نام S251112cm رویدادی را گزارش داد که به هیچ وجه عادی نبود.
تحلیل این سیگنال، از ادغامی حکایت داشت که یکی از اجرام درگیر در آن، جرمی بسیار کمتر از آن داشت که بتواند یک سیاهچاله با جرم ستارهای استاندارد یا یک ستاره نوترونی باشد. این اجرام متداول از رمبش ستارههای عظیم شکل میگیرند و همیشه جرمی بیشتر از خورشید ما دارند. اما جرم جرم مورد بحث، به نظر میرسید *زیرخورشیدی* باشد. جونا کرون، فیزیکدان نظری دانشگاه دورهام، در این باره گفت: «اگر این موضوع واقعی باشد، بسیار عظیم است. این رویدادی نیست که بتوانیم با فرآیندهای اخترفیزیکی مرسوم توضیح دهیم.»
اما یک «اگر» بسیار بزرگ در میان است. احتمال اینکه این سیگنال یک هشدار نادرست باشد، بسیار زیاد است. کریستوفر بری، یکی از اعضای تیم لایگو، به پتانسیل نویز بودن آن در آشکارسازها اشاره کرد. تخمینهای فعلی، نرخ هشدارهای نادرست برای چنین کشف منحصربهفردی را حدود یک بار در هر چهار سال نشان میدهد. برای سیگنالهای مکرر از ادغامهای معمول سیاهچالهها، این حاشیه خطا ناچیز است، اما برای رویدادی نادر مانند S251112cm، سایه تردید بزرگی را به همراه دارد.
خب، سیاهچالههای نخستین دقیقاً چه هستند؟
وقتی از سیاهچالهها صحبت میکنیم، معمولاً به یکی از دو نوع اشاره داریم. اول، سیاهچالههای با جرم ستارهای، با جرمی بین ۵ تا ۱۰۰ برابر خورشید که از مرگ انفجاری ستارههای پرجرم متولد میشوند. دوم، سیاهچالههای کلانجرم، با جرمی میلیونها تا میلیاردها برابر خورشید ما، که در مرکز کهکشانها قرار دارند.
سیاهچالههای نخستین (PBHs) کاملاً از نژاد دیگری هستند. گمان میرود که آنها نه از ستارهها، بلکه از پاکتهای بسیار متراکم ماده در «سوپ» داغ و اولیه جهان، تنها لحظاتی پس از بیگ بنگ، شکل گرفتهاند. این مکانیسم شکلگیری به این معناست که آنها میتوانند در گستره وسیعی از جرمها، از کمتر از یک گیره کاغذ تا صدها هزار برابر خورشید، وجود داشته باشند، که شامل محدوده زیرستارهای نیز میشود که این سیگنال جدید را بسیار جذاب کرده است.
ارتباط با ماده تاریک
وجود سیاهچالههای نخستین فقط یک کنجکاوی کیهانی نیست؛ بلکه میتواند یکی از بزرگترین معماهای فیزیک مدرن را حل کند: ماهیت ماده تاریک. این ماده اسرارآمیز حدود ۸۵ درصد از کل ماده جهان را تشکیل میدهد، اما کاملاً نامرئی است زیرا با نور تعامل ندارد. ما فقط به دلیل کشش گرانشی آن بر ستارهها و کهکشانها از وجود آن آگاهیم. سیاهچالههای نخستین کاندیدای جذابی برای ماده تاریک هستند زیرا وجود آنها نیازی به فیزیک جدید فراتر از مدل استاندارد فعلی ما ندارد. آنها در چارچوب درک تثبیتشده ما از جهان قرار میگیرند.
با این حال، اگر وجود دارند، چرا آنها را پیدا نکردهایم؟ طبق نظریه تابش هاوکینگ از استیون هاوکینگ، سیاهچالهها به آرامی در طول زمان تبخیر میشوند. این فرآیند برای سیاهچالههای پرجرم بسیار کند است، اما برای سیاهچالههای نخستین بسیار کوچک، ممکن است به این معنا باشد که آنها مدتها پیش ناپدید شدهاند. با این حال، آنهایی که در محدوده جرمی مناسبی قرار دارند، هنوز هم میتوانند در کیهان امروزی پنهان شده باشند.
سوزنی در انبار کاه کیهانی
در حال حاضر، جامعه علمی با یک سیگنال قانعکننده اما نامشخص روبرو است. اخترشناسان اکنون در تلاشند تا هرگونه سیگنال الکترومغناطیسی مرتبط، مانند یک درخشش نوری، را که ممکن است امواج گرانشی را همراهی کرده باشد، جستجو کنند. این چالش بسیار بزرگ است؛ آشکارسازها تنها توانستند مکان منبع را به ناحیهای از آسمان به اندازه حدود ۶۰۰۰ برابر پهنای ماه کامل محدود کنند. یافتن یک سیگنال متناظر مانند جستجوی سوزن در انبار کاه کیهانی است. بدون سیگنالهای موج گرانشی مشابه بیشتر در آینده، ممکن است هرگز با اطمینان ندانیم که آیا این یک هشدار نادرست بوده یا اولین نگاه واقعی به یک جرم باستانی از سپیدهدم زمان.
منبع: space.com