رصدهای جدید با فرضیه‌ی هاوکینگ درباره‌ی ماده‌ تاریک همخوانی ندارد

امیررضا کامکار ۱۱ اردیبهشت ۱۳۹۸ | ۱۸:۰۰ ۱۱ اردیبهشت ۱۳۹۸ زمان مورد نیاز برای مطالعه: ۳ دقیقه

ماده تاریک یکی از رازهای حل‌نشده‌ی عالم است. ماده‌ای نامرئی که تنها اثرات گرانشی‌ آن را می‌توان مشاهده کرد و هنوز نمی‌دانیم از چه چیزی تشکیل شده است. استیون هاوکینگ در دهه‌ی ۱۹۷۰ میلادی فرضیه‌ای را برای توضیح ماده تاریک مطرح کرده بود که در آن سیاهچاله‌های ابتدایی نقش اصلی را بازی می‌کردند. نتایج رصدهایی که اخیرا انجام شده اما با فرضیه‌ی هاوکینگ سازگار نیست. البته نتایج این رصدها به طور کامل فرضیه‌ی هاوکینگ را رد نمی‌کند و آغاز راهی است برای بررسی نقش سیاهچاله‌های ابتدایی در مسئله‌ی ماده تاریک.

ماده تاریک ۲۷ درصد از عالم را تشکیل داده است. در حالی که ماده معمولی، یعنی تمام آن چه که می‌توانیم با ابزارهای‌مان رصد کنیم، تنها پنج درصد عالم است و انرژی تاریک، یکی دیگر از رمز و رازهای عالم، ۶۸ درصد مقدار ماده و انرژی موجود در کیهان را به خود اختصاص داده است. پژوهشگران ماده تاریک را تنها با اثرات گرانشی آن می‌شناسند و هنوز نمی‌دانیم این بخش از عالم از چه چیزی ساخته شده است. فرضیات مختلفی برای توضیح ماده تاریک مطرح شده است؛ نوتریونوها، ذرات ناشناخته، قوانین جدید فیزیکی و فرضیاتی دیگر.

ماده تاریک

سهم انرژی تاریک، ماده‌ی تاریک و ماده‌ی معمولی در عالم.

در دهه‌ی ۱۹۷۰ میلادی استیون هاوکینگ و همکارانش این فرضیه را مطرح کردند که در جریان انفجار بزرگ یا مهبانگ تعداد بسیار زیادی سیاهچاله کوچک شکل گرفته است. سیاهچاله‌هایی که اندازه‌شان در حدود اندازه‌ی یک پروتون است. آشکارسازی این سیاهچاله‌های کوچک و بسیار کهن آسان نیست، اما می‌توانند اثرات گرانشی قابل توجهی روی اجرام دیگر اعمال کنند. و این دقیقا همان دو مشخصه‌ای است که از ماده تاریک می‌شناسیم. این دسته از سیاهچاله‌ها به سیاهچاله‌های ابتدایی یا ریزسیاهچاله‌ها معروف هستند.

سیاهچاله‌های ابتدایی یا ریزسیاهچاله‌ها در دوران ابتدایی شکل‌گیری عالم و پس از انفجار بزرگ شکل گرفته‌اند و اندازه‌ی بسیار کوچکی دارند.

تا مدتی پیش تنها امکان آشکارسازی سیاهچاله‌های ابتدایی با جرم بیشتر از ماه وجود داشت. اما اکنون و با پیشرفت فناوری دقت تصاویر و داده‌های نجومی افزایش یافته است. دوربین HSC یکی از ابزارهای جدید و فوق‌العاده‌ای است که روی تلسکوپ سوبارو که در هاوایی قرار دارد نصب شده است. در پژوهشی که اخیرا انجام شده اخترشناسان با استفاده از این دوربین در یک فریم تصویری از تمام کهکشان آندرومدا ثبت کردند و در این تصویر به جست‌وجوی سیاهچاله‌های ابتدایی پرداختند. نتایج این پژوهش چندی پیش در ژورنال Nature Astronomy منتشر شد.

همان‌طور که از نام سیاهچاله‌ها مشخص است هیچ نوری از این اجرام به بیرون راه پیدا نمی‌کند. هر چند که قرص درخشانی از مواد داغ در اطراف ابرسیاهچاله‌ها وجود دارد که نمونه‌اش را در تصویر تاریخی از ابرسیاهچاله‌ی کهکشان M87 دیده‌ایم. اما سیاهچاله‌های ابتدایی میلیاردها برابر از ابرسیاهچاله‌ها کوچک‌تر هستند و هیچ ماده‌ی درخشانی در اطراف آن‌ها نیست. با این وجود آشکارسازی این سیاهچاله‌ها با بررسی تاثیرات گرانشی آن‌ها ممکن است.

سیاهچاله

تصویری واقعی از سیاهچاله مرکز کهکشان M87.
Credit: EHT Collaboration

بر اساس نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین گرانش می‌تواند مسیر نور را منحرف کند. پدیده‌ای که به همگرایی گرانشی معروف است و اولین بار در نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین پیش‌بینی شد و پس از آن بارها نمونه‌های مختلفی از آن رصد شد. با توجه به پدیده‌ی ریزهمگرایی گرانشی عبور یک سیاهچاله ابتدایی از مقابل یک منبع نور باعث انحراف مسیر و تغییر شدت نور می‌شود.

اگر منبع گرانش جرمی در حدود خورشید داشته باشد مقیاس زمانی هر تغییر شدت نور چیزی در حدود چند ماه تا یک سال است. اما تغییر شدت نور بر اثر پدیده‌ی ریزهمگرایی حاصل از سیاهچاله‌های ابتدایی بسیار سریع‌تر اتفاق می‌افتد. چرا که این اجرام جرم کمتری (در حدود جرم ماه) دارند. بنابراین برای ثبت این تغییرات باید در بازه‌های زمانی کوتاه‌تری تصویربرداری انجام شود. این جا ارزش دوربین HSC به چشم می‌آید که می‌تواند نمایی کامل از کهکشان آندرومدا را در یک فریم ثبت کند. HSC این امکان را به اخترشناسان داد تا هر دو دقیقه یک بار نمایی کامل از کهکشان آندرومدا ثبت کنند.

اخترشناسان با استفاده از این دوربین در بازه‌ی زمانی هفت ساعته حدود ۲۰۰ عکس از کهکشان آندرومدا گرفتند. در این تصاویر تنها یک رویداد ریزهمگرایی احتمالی ثبت شد. این در حالی است که اگر سیاهچاله‌های ابتدایی بخش قابل توجهی از ماده تاریک را شکل می‌دادند باید حدود هزار سیگنال ریزهمگرایی در این کهکشان آشکار می‌شد.

با این حال هنوز نمی‌توان بر فرضیه‌ی هاوکینگ مهر رد زد. شاید سیاهچاله‌های ابتدایی بسیار کوچک‌تری در عالم وجود داشته باشند که هنوز ابزارهای ما توانایی ثبت آن‌ها را ندارد. این آغاز راه آشکارسازی سیاهچاله‌های ابتدایی است. به گفته‌ی دانشمندان حاضر در این پژوهش کماکان باید به فکر رصدهای بیشتر و روش‌های جدید بود.

عکس کاور: تصویر دوربین HSC تلسکوپ سوبارو از کهکشان آندرومدا.

Credit: HSC Project / NAOJ

برچسب‌ها :
دیدگاه شما