در دهه‌ی آینده انفجاری در فضای کهکشانی رخ میدهد!

به گزارش مجله خبری نگار/انتخاب، مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد که احتمال دارد در دهه‌ی آینده، ستاره‌شناسان شاهد انفجاری در فضای عمیق باشند که چندین نظریه‌ی قدیمی درباره‌ی سیاهچاله‌ها را تأیید کند — انفجاری که همه‌ی ذرات موجود، چه شناخته‌شده و چه ناشناخته، را آزاد می‌کند.

این مطالعه توسط فیزیکدانان دانشگاه ماساچوست امهرست (UMass Amherst) انجام شده و پیشنهاد می‌دهد که این انفجار‌ها مرگ سیاهچاله‌های کوچک باقی‌مانده از آغاز جهان را نشان می‌دهند.

انفجار‌هایی که قبلاً نادر تصور می‌شدند

تا پیش از این، چنین رویداد‌هایی تصور می‌شد که بسیار نادرند و فقط هر ۱۰۰ هزار سال یک‌بار قابل مشاهده باشند. اما تحلیل جدید نشان می‌دهد که این انفجار‌ها بسیار رایج‌ترند و احتمالاً هر ۱۰ سال یک‌بار یکی از آنها به‌صورت قابل رصد رخ می‌دهد.

تکنولوژی فعلی ما قادر است این انفجار‌ها را شناسایی کند. مشاهده‌ی چنین رویدادی دستاورد عظیمی برای اخترفیزیک خواهد بود: نخست اینکه وجود این نوع سیاهچاله را برای اولین بار تأیید می‌کند و دوم اینکه مکانیزم مرگ همه‌ی سیاهچاله‌ها را آشکار می‌سازد.

ذرات بنیادین و ناشناخته

جالب‌ترین بخش این انفجار این است که هر نوع ذره‌ی بنیادینی را که در جهان وجود دارد، آزاد می‌کند. این شامل ذرات شناخته‌شده مثل الکترون‌ها و نوترون‌ها، و همچنین «ناشناخته‌های شناخته‌شده» — موادی که فرض می‌کنیم وجود دارند، اما هنوز پیدا نشده‌اند، مانند ماده‌ی تاریک — می‌شود؛ و از همه جالب‌تر، ممکن است ذرات کاملاً ناشناخته‌ای هم آزاد شوند که حتی تصورشان را هم نکرده‌ایم.

«این انفجار، رکورد نهایی همه‌ی ذراتی را که جهان را می‌سازند، در اختیار ما قرار می‌دهد» — جوآکیم ایگواز خوان، اخترفیزیکدان UMass Amherst. «این رویداد می‌تواند فیزیک را کاملاً متحول کند و به ما در بازنویسی تاریخ جهان کمک کند.»

مرگ سیاهچاله‌های کوچک

مفهوم این انفجار‌ها نخستین‌بار در سال ۱۹۷۴ توسط فیزیکدان مشهور، استیون هاوکینگ، مطرح شد. اگرچه سیاهچاله‌ها شهرت دارند که همه چیز را به درون می‌کشند، هاوکینگ محاسبه کرد که به دلیل اثرات کوانتومی، آنها باید ذراتی را نیز منتشر کنند.

این پدیده به «تابش هاوکینگ» معروف است و باعث کاهش جرم سیاهچاله‌ها در طول زمان می‌شود تا زمانی که به‌طور کامل ناپدید شوند. این تابش به‌اندازه‌ای ضعیف است که قابل شناسایی نیست، اما در لحظات پایانی مرگ، به یک انفجار شبیه سوپرنوا تبدیل می‌شود — انفجاری که قابل رصد خواهد بود.

این فرآیند برای سیاهچاله‌های ستاره‌ای بسیار آهسته است و مرگ آنها در آینده‌ی بسیار دور رخ می‌دهد. سیاهچاله‌های ابرجرم نیز عمر طولانی‌تری دارند. اما یک کلاس دیگر از سیاهچاله‌ها وجود دارد که بسیار کوچک‌ترند و عمر کوتاه‌تری دارند.

سیاهچاله‌های نخستین (Primordial Black Holes)

سیاهچاله‌های نخستین (PBHs) احتمالاً جرمی به اندازه‌ی شهاب‌سنگ‌ها دارند، نه خورشیدها. فرض بر این است که این سیاهچاله‌ها در لحظات اولیه‌ی بیگ‌بنگ شکل گرفته‌اند، به همین دلیل «نخستین» نامیده می‌شوند.

«هرچه یک سیاهچاله سبک‌تر باشد، داغ‌تر است و ذرات بیشتری منتشر می‌کند. با تبخیر PBH ها، سبک‌تر و داغ‌تر می‌شوند و تابش بیشتری منتشر می‌کنند تا اینکه منفجر شوند» — آندریا تام، فیزیکدان UMass Amherst.

طبق مدل استاندارد فیزیک، سن و جرم PBH‌ها نشان می‌دهد که بیشتر آنها تاکنون تبخیر شده‌اند. اما تیم تحقیقاتی با کمی تغییرات فرضی در مدل، شبیه‌سازی کردند که چه رخ خواهد داد.

این تغییرات شامل نسخه‌ای سنگین‌تر از الکترون است که «الکترون تاریک» نامیده می‌شود. این می‌تواند به PBH‌ها نوعی بار الکتریکی بدهد که سیاهچاله‌های شناخته‌شده فاقد آن هستند. این تغییرات باعث می‌شود تابش هاوکینگ برای مدتی متوقف شود و انفجار آنها کمی به تعویق بیفتد.

«اگر سیاهچاله‌ی نخستین با بار الکتریکی تاریک کوچک شکل بگیرد، مدل فرضی نشان می‌دهد که ابتدا به‌طور موقت پایدار می‌ماند و سپس منفجر می‌شود» — مایکل بیکر، فیزیکدان UMass Amherst.

مشاهده انفجار در ده سال آینده

تیم تحقیقاتی محاسبه کرده که اگر مدل‌ها صحیح باشند، یکی از این انفجار‌ها هر ۱۰ سال یک‌بار توسط رصدخانه‌های پرتو گامای فعلی ما قابل مشاهده خواهد بود. مشاهده‌ی آن وجود PBH‌ها را تأیید می‌کند، اولین شواهد مستقیم از تابش هاوکینگ را فراهم می‌کند و نمونه‌ای کامل از همه‌ی ذرات بنیادین جهان به ما می‌دهد.