هل المادة المظلمة مصنوعة من ثقوب سوداء صغيرة؟

رسم توضيحي لثقب أسود شاب يشبه اثنين من النجوم الزائفة البعيدة الخالية من الغبار.

رسم توضيحي لثقب أسود صغير ، مثل الكوازارين البعيدين الخاليين من الغبار اللذان تم رصدهما مؤخرًا بواسطة تلسكوب سبيتزر الفضائي. المزيد من صور الثقوب السوداء في الكون (رصيد الصورة: NASA / JPL-Caltech)



لم تكتشف مركبة ناسا الفضائية التي تبحث عن الكواكب أي علامة على وجود ثقوب سوداء بحجم القمر حتى الآن في مجرة ​​درب التبانة ، مما يحد من احتمالات أن تشكل هذه الأجسام معظم 'المادة المظلمة' التي حيرت العلماء لعقود.



المادة المظلمة هي واحدة من أعظم الألغاز العلمية المعروفة - مادة غير مرئية يعتقد أنها تشكل ما يصل إلى خمسة أسداس كل مادة في الكون. لا يزال غامضًا للغاية لدرجة أن العلماء لا يزالون غير متأكدين مما إذا كانت المادة المظلمة مصنوعة من جسيمات مجهرية أو أجسام أكبر بكثير.

الإجماع الآن هو أن المادة المظلمة تتكون من نوع جديد من الجسيمات ، يتفاعل بشكل ضعيف جدًا في أحسن الأحوال مع جميع القوى المعروفة في الكون باستثناء الجاذبية. على هذا النحو ، فإن المادة المظلمة غير مرئية وغير ملموسة في الغالب ، ولا يمكن اكتشاف وجودها إلا من خلال الجاذبية التي تمارسها. [ الصور: الثقوب السوداء في الكون ]



ومع ذلك ، على الرغم من الأبحاث التي أجراها الآلاف من العلماء الذين يعتمدون على أقوى مسرعات الجسيمات على الأرض والمختبرات المدفونة في أعماق الأرض ، لم يكتشف أحد أو يخلق أي جسيمات قد تكون مادة مظلمة. دفع هذا كيم غريست ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة كاليفورنيا ، سان دييغو ، وزملائه إلى التحقيق في الثقوب السوداء كمرشحين محتملين للمادة المظلمة.

قام الباحثون بمحاكاة تأثير ثقب أسود بدائي - جسم يُفترض أنه يشكل مادة مظلمة - يمر عبر نجم. توضح هذه الصورة موجات الاهتزاز الناتجة عندما يمر ثقب أسود بدائي (نقاط بيضاء) عبر مركز النجم. تتوافق الألوان المختلفة مع كثافة الثقب الأسود البدائي وقوة الاهتزاز.

قام الباحثون بمحاكاة تأثير ثقب أسود بدائي - جسم يُفترض أنه يشكل مادة مظلمة - يمر عبر نجم. توضح هذه الصورة موجات الاهتزاز الناتجة عندما يمر ثقب أسود بدائي (نقاط بيضاء) عبر مركز النجم. تتوافق الألوان المختلفة مع كثافة الثقب الأسود البدائي وقوة الاهتزاز.(رصيد الصورة: جامعة برينستون / تيم ساندستروم)



اكتشفت الأبحاث السابقة ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة تبلغ ملايين المليارات من المرات كتلة الشمس في قلب المجرات ، ولكن لا يمكن اكتشافها إلا لأنها كبيرة جدًا ، مما يؤدي إلى اضطراب المادة من حولها بشكل واضح. نظريًا ، ربما تكونت ثقوب سوداء أصغر كثيرًا في بدايات الكون. سيكون اكتشاف ما يسمى بالثقوب السوداء البدائية أكثر صعوبة ، ويمكن أن توجد بأعداد كبيرة بما يكفي لتشكيل كل المادة المظلمة.

لكن الدراسة الجديدة لم تجد أي دليل يدعم هذه النظرية. باستخدام تلسكوب كبلر الفضائي التابع لناسا ، والذي تم إطلاقه في مارس 2009 للبحث عن كواكب شبيهة بالأرض حول نجوم أخرى ، لم يكتشف جريست وزملاؤه أي علامة على وجود ثقوب سوداء بدائية.

على مدار أربع سنوات ، راقب كبلر سطوع أكثر من 150 ألف نجم في مجرة ​​درب التبانة لاكتشاف التعتيم المنتظم الناجم عن عبور الكواكب أمامها. إذا مر ثقب أسود بدائي أمام أحد هذه النجوم ، فسيصبح النجم أكثر سطوعًا مؤقتًا بدلاً من ذلك. ذلك لأن الثقوب السوداء تشوه الضوء من حولها بحقول جاذبيتها ، وهي ظاهرة تُعرف باسم عدسات الجاذبية.



قال جريست: 'عادة ما تكون عمليات البحث عن المادة المظلمة صعبة للغاية ، وتتضمن تجارب يستغرق بناؤها ملايين الدولارات وعقودًا'. 'الشيء الرائع والممتع في هذا العمل هو أنه يمكننا استخدام هذه التجربة التي تم إنشاؤها بالفعل لأغراض مختلفة تمامًا للبحث عن المادة المظلمة.'

جزيئات الثقب الأسود تتسرب

حتى الآن ، قضى الباحثون على فرص الثقوب السوداء التي تعادل كتلة القمر تقريبًا في تكوين مادة مظلمة. لا تظهر بيانات كبلر أي دليل على وجود ثقوب سوداء بين 5 و 80 في المائة من كتلة القمر ، مما يشير إلى أن هذه الثقوب السوداء لا يمكن أن تشكل معظم المادة المظلمة.

ومع ذلك ، قال جريست إنه حتى الثقوب السوداء البدائية الأصغر ، والتي تقل عن 0.0001٪ من كتلة قمر الأرض ، يمكن أن تشكل المادة المظلمة بأكملها. يمكن للبعثات المستقبلية - مثل مركبة الفضاء Euclid التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية أو القمر الصناعي WFIRST المقترح من ناسا - البحث عن ثقوب سوداء أصغر من تلك التي حددتها بيانات كبلر.

قال جريست لموقع ProfoundSpace.org: 'لقد استبعدنا مجموعة من الثقوب السوداء البدائية باعتبارها مادة مظلمة ، لكننا لم نستبعدها تمامًا'. 'ما زالوا مرشحًا قابلاً للتطبيق للمادة المظلمة.'

قام جريست وزملاؤه بتفصيل النتائج التي توصلوا إليها على الإنترنت في 31 أكتوبر / تشرين الأول في مجلة Physical Review Letters.

تابعنا تضمين التغريدة و موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك أو + Google . نُشر في الأصل في ProfoundSpace.org.