کشفی جدید درباره سیاه‌چاله‌ها و ماده تاریک!

به گزارش مجله خبری نگار/ایتنا،در دههٔ ۱۹۷۰، استیون هاوکینگ نشان داد که سیاه‌چاله‌ها به‌کلی سیاه نیستند.

او دریافت که به‌واسطهٔ برهم‌کنش پیچیده‌ای میان افق رویداد آنها و میدان‌های کوانتومی که سراسر فضا-زمان را در بر گرفته‌اند، این اجرام مرموز می‌توانند به‌آرامی پرتو گسیل کنند. این تابش باعث از دست رفتن جرم سیاه‌چاله می‌شود و هرچه کوچک‌تر باشند، تابش آنها شدیدتر خواهد بود؛ تا جایی که سرانجام با فورانی از ذرات و پرتو ناپدید می‌شوند.

هاوکینگ خیلی زود این احتمال را نیز مطرح کرد که شرایط عجیب آغازین در کیهان اولیه می‌توانسته باشد به پیدایش «سیاه‌چاله‌های نخستین» بینجامد؛ اجرامی که نه از ستارگان مرده، بلکه از فشردگی شدید در بافت فضا-زمان شکل گرفته‌اند.

اگر چنین سیاه‌چاله‌هایی واقعاً وجود داشته‌اند و به‌اندازهٔ کافی کوچک بوده‌اند، باید اکنون در حال تبخیر باشند.

برای مدتی، کیهان‌شناسان گمان می‌کردند که این سیاه‌چاله‌های نخستین می‌توانند گزینه‌ای مناسب برای توضیح مادهٔ تاریک باشند؛ ماده‌ای ناشناخته که به‌نظر می‌رسد بیشتر جرم موجود در کهکشان‌ها را تشکیل می‌دهد. اما با وجود دهه‌ها جست‌و‌جو، تاکنون نشانه‌ای از تبخیر این سیاه‌چاله‌ها یافت نشده است.

گفتنی است هاوکینگ در تحلیل اولیهٔ خود ساده‌ترین حالت سیاه‌چاله‌ها را در نظر گرفته بود؛ یعنی سیاه‌چاله‌هایی بدون هیچ بار الکتریکی.

اما پژوهش‌های بعدی نشان دادند که اگر سیاه‌چاله‌ها دارای بار باشند، عمرشان می‌تواند به‌مراتب بیشتر باشد.

از آنجا که جهان—حتی در نخستین لحظات پس از مه‌بانگ—در مجموع خنثی از نظر الکتریکی است، انتظار نمی‌رود که سیاه‌چاله‌های نخستین باری داشته باشند. مگر اینکه با نوعی «بار الکتریکی نوظهور» روبه‌رو باشیم که هنوز در آزمایش‌ها شناسایی نشده است.

به نقل از اسپیس، این ایده‌ای است که پژوهشی جدید به سرپرستی جسیکا سانتیاگو از دانشگاه ملی تایوان در ماه مارس در پایگاه پیش‌چاپ arXiv مطرح کرده است.

برخی نظریه‌پردازان در تلاش برای فهم چیستی مادهٔ تاریک، فرض کرده‌اند که این ماده می‌تواند بازتابی تاریک از فیزیک معمول ما باشد. مثلاً به‌جای الکترون‌ها و فوتون‌ها، ذراتی مانند الکترون‌های تاریک و فوتون‌های تاریک وجود داشته باشند—نه فقط ذرات تازه، بلکه نیرو‌هایی کاملاً جدید و پنهان از چشم ابزار‌های امروزی.

بر اساس پژوهش جدید، اگر در کیهان آغازین تعداد زیادی الکترون تاریک وجود داشته، آنها می‌توانسته‌اند سیاه‌چاله‌های نخستین را باردار کنند؛ به‌گونه‌ای که الکترون‌های عادی از آن ناتوان‌اند. این سیاه‌چاله‌های باردار شده آنگاه عمری بسیار دراز می‌یافتند، به‌مراتب بیشتر از سن کنونی جهان. بنابراین، می‌توانند همچنان در کیهان امروز حضور داشته باشند و مسئول آنچه ما «مادهٔ تاریک» می‌نامیم باشند.

نکتهٔ مهم آن است که این الکترون‌های تاریک نیاز نیست همچنان در کیهان امروز باقی مانده باشند. آنها فقط باید در آغاز کیهان حضور می‌داشتند تا باردهی سیاه‌چاله‌ها را انجام دهند. پس از آن می‌توانند ناپدید شوند و اثری از خود به جا نگذارند.

تنها چیزی که اهمیت دارد، این است که سیاه‌چاله‌ها به اندازهٔ کافی بار دریافت کرده باشند تا روند تبخیرشان متوقف شود. از این راه می‌توان به فیزیک پیچیدهٔ ذرات و نیرو‌های تاریک استناد کرد، بی‌آنکه نگران پیامد‌های بلندمدت حضورشان در جهان باشیم.

شایان ذکر است که این فرضیه می‌تواند توضیح دهد چرا تاکنون اثری از تبخیر سیاه‌چاله‌های نخستین مشاهده نشده است؛ چراکه ممکن است هنوز زمان کافی برای فروپاشی آنها نگذشته باشد.

هرچند این ایده بسیار نظری و گمانه‌زنانه است، اما نکتهٔ جالب آن است که پژوهشگران توانسته‌اند نشان دهند چگونه می‌توان سیاه‌چاله‌هایی نخستین را تشکیل داد، آنها را باردار کرد و عمرشان را چنان افزایش داد که به‌تعداد کافی در کیهان باقی بمانند و جرم مورد انتظار از مادهٔ تاریک را تأمین کنند.

البته هنوز راه درازی برای آزمودن این فرضیه در پیش است. برای نمونه، سیاه‌چاله‌های باردار شده نمی‌توانند برای همیشه از دید ما پنهان بمانند؛ وگرنه هرگز قادر نخواهیم بود آنها را شناسایی کنیم و صحت نظریه را بسنجیم؛ بنابراین باید راهی برای ردیابی آنها وجود داشته باشد که هنوز کشف نشده است.