عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
الائتمان: روبرت ليا (تم إنشاؤه باستخدام Canva)
اقترح العلماء أن الثقوب السوداء البدائية الصغيرة التي لديها القدرة على تجويف الكواكب يمكن أن تمر عبر المواد اليومية هنا على الأرض – الصخور والزجاج والمعادن، وربما حتى أنت أو قطتك.
ظلت هذه الثقوب السوداء الصغيرة التي نشأت خلال الانفجار الكبير حتى الآن افتراضية بسبب تجنب اكتشافها. والآن، يحث عالمان من جامعة بوفالو الباحثين على توسيع آفاقهم في هذا البحث.
وقال ديان ستويكوفيتش، المؤلف المشارك في البحث، في بيان: “علينا أن نفكر خارج الصندوق لأن ما تم القيام به للعثور على الثقوب السوداء البدائية في السابق لم ينجح”. ولن تتطلب الكثير من الموارد، وسيكون المردود المحتمل، أول دليل على وجود ثقب أسود بدائي، هائلاً!
يعد هذا البحث أمرًا حيويًا لأن الثقوب السوداء البدائية هي أحد المشتبه بهم الرئيسيين للمادة المظلمة، وهو الشكل الغامض وغير المرئي للمادة الذي يمثل حوالي 85٪ من المادة الموجودة في الكون.
اقترح ستويكوفيتش وزملاؤه أن البحث عن الثقوب السوداء البدائية يجب أن يتراوح من الثقوب السوداء الكبيرة جدًا إلى الثقوب الصغيرة جدًا. ويفترضون أن الثقب الأسود البدائي المحاصر داخل جسم صخري كبير في الكون، مثل الكوكب، سوف يلتهم قلبه، ويجوفه.
ومع ذلك، فإن ثقبًا أسودًا صغيرًا يتحرك بسرعات كبيرة سيحفر “نفقًا” مجهريًا صغيرًا عبر المواد الصلبة، بما في ذلك الأشياء اليومية هنا على الأرض.
لكن لا تقلق بشأن وجود ثقب أسود بدائي يخترق قطتك، أو أنت، في هذا الشأن. ويقول الفريق الذي يقف وراء هذه النتائج إن مثل هذا الحدث لن يكون مميتًا!
دعونا لا نبدأ بالبحث عن القطط
في حين أن ذكر “الثقوب السوداء” قد يستحضر على الفور انطباعات عن منطقة ضخمة وقوية من الفضاء لا يمكن حتى للضوء الهروب منها، فإن أحداث الزمكان هذه تأتي في مجموعة من الكتل والأحجام.
في الطرف الأكبر، تكون الثقوب السوداء فائقة الكتلة عبارة عن جبابرة كونية في قلب المجرات، بكتلة تعادل ملايين أو حتى مليارات الشموس. وهي تتشكل من سلاسل من اندماج الثقوب السوداء التي تكبر تدريجيًا.
تولد الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية الأصغر عندما تصل النجوم الضخمة إلى نهاية حياتها وتخضع لانهيار الجاذبية الكامل. لديهم كتلة تصل إلى حوالي 100 مرة كتلة الشمس.
الثقوب السوداء البدائية مختلفة تمامًا. لقد تم اقتراح أن كتلتها تتراوح من كتلة كوكب إلى كتلة كويكب متوسط أو جبل كبير هنا على الأرض.
أربعة أجرام سماوية سوداء بأحجام مختلفة، من الأكبر إلى الأصغر
مثل جميع الثقوب السوداء، يتم تحديد الحدود الخارجية للثقب الأسود البدائي من خلال “أفق الحدث”، وهي النقطة التي تصبح عندها قوة جاذبية الثقب الأسود أمرًا لا مفر منه.
كلما زادت كتلة الثقب الأسود، كلما كان أفق الحدث الخاص به أوسع. لذلك، فإن الثقب الأسود الهائل الذي تبلغ كتلته 2.4 مليار شمس يبلغ عرضه حوالي 15.4 مليار ميل (24.8 مليار كيلومتر)، في حين أن الثقب الأسود ذو الكتلة النجمية والذي يبلغ حوالي 30 شمسًا يبلغ عرضه حوالي 110 أميال (177 كيلومترًا). ومن ناحية أخرى، فإن الثقب الأسود البدائي الذي تبلغ كتلته كتلة كويكب، سيكون أصغر من عرض البروتون، وهو الجسيم الموجود في قلب الذرات.
كما أن تكوين الثقوب السوداء البدائية يختلف كثيرًا عن آليات تكوين الثقوب السوداء “الفيزيائية الفلكية” المذكورة سابقًا. بدلاً من أن تتشكل من النجوم، يقترح العلماء أن هذه الثقوب السوداء الصغيرة قد تشكلت من اختلافات ضئيلة في كثافة الطاقة والمادة في الكون قبل 13.8 مليار سنة.
رسم بياني يشرح كيفية تطور الثقوب السوداء
بدأ ستويكوفيتش بالتنظير حول الثقوب السوداء البدائية عندما تساءل عما إذا كان من الممكن أن تصبح محاصرة داخل كوكب أو قمر أو كويكب وماذا سيحدث إذا حدث مثل هذا الالتقاط.
وقال ستويكوفيتش: “إذا كان للجسم نواة مركزية سائلة، فيمكن للثقب الأسود البدائي الملتقط أن يمتص اللب السائل، الذي تكون كثافته أعلى من كثافة الطبقة الصلبة الخارجية”.
إذا اصطدم الكوكب المجوف بصخرة فضائية أخرى، فيمكن للثقب الأسود البدائي الهروب من داخل هذه القشرة الكوكبية الفارغة.
ما سيحدث بعد ذلك لتلك القشرة يعتمد على تكوين الكوكب وحجمه. وجد ستويكوفيتش ومؤلفه المشارك دي تشانج داي من جامعة دونج هوا الوطنية أن الكوكب قد حسب أن مثل هذا الجسم المجوف لا يمكن أن يكون أكثر من عُشر عرض الأرض ويمكنه البقاء على قيد الحياة كقشرة مجوفة.
وقال ستويكوفيتش: “إذا كان الأمر أكبر من ذلك، فسوف ينهار”.
وهذا يعني أنه إذا كان العلماء يبحثون عن كواكب مجوفة بواسطة الثقوب السوداء البدائية، فإن الكواكب الصغيرة الأصغر هي أفضل رهان.
يمكن اكتشاف مثل هذه العوالم المجوفة باستخدام التلسكوبات، ويمكن تحديد كتلتها باستخدام حسابات مدار الجسم.
قشرة بنية مجوفة على خلفية بنية داكنة
ويختلف الوضع قليلًا عندما يمر ثقب أسود بدائي عبر جسم بدون قلب سائل.
يقترح الفريق في هذه الحالة أن الثقب الأسود البدائي سيخلق نفقًا صغيرًا. ثقب أسود بدائي كتلته 1022 سوف يحمل الجرام ثقبًا يبلغ سمكه 0.1 ميكرون فقط. للتوضيح، يبلغ سمك شعرة الإنسان حوالي 70 ميكرون.
في حين أنه سيكون من المستحيل اكتشاف مثل هذا الثقب في كوكب بعيد، إلا أن لوحًا سميكًا من المعدن أو مادة كثيفة أخرى على الأرض يمكن أن يكون بمثابة كاشف فعال لمرور الثقب الأسود البدائي.
ووجد الفريق أن فرص وجود ثقب أسود بدائي يمر عبر جسم ما على الأرض ضئيلة للغاية. وهذا يعني أن الطريقة الأكثر احتمالا لاكتشاف مثل هذا الممر ستكون من خلال فحص الصخور التي كانت موجودة منذ مليارات السنين.
وحتى مع ذلك، فإن فرصة مرور ثقب أسود صغير نشأ من الانفجار الكبير عبر مثل هذا الجسم القديم لا تزال 0.000001 فقط!
بالنسبة إلى ستويكوفيتش، فإن محاولة الكشف عن مثل هذا المقطع لا تزال جديرة بالاهتمام، حيث لا يوجد خطر كبير على هذا المسعى.
“عليك أن تنظر إلى التكلفة مقابل الفائدة. هل يكلف القيام بذلك الكثير؟” قال. “لا، لا.”
ماذا تفعل إذا تعرضت أنت أو قطتك لثقب أسود؟
حسنًا، بينما نحن نتحدث عن موضوع المخاطرة، دعنا نذكر ما هو الخطر الذي قد تتعرض له (أو قطتك) إذا صدمك ثقب أسود بدائي.
أولا، احتمال حدوث ذلك في حياتك أو في عمر قطتك صغير بشكل لا يصدق.
ولكن إذا كان فعل في بعض الأحيان، يكون التوتر السطحي لجسمك ولقطتك أصغر بكثير من التوتر السطحي لكوكب أو قطعة كبيرة من صخرة ما قبل التاريخ. وهذا يعني أن الثقب الأسود البدائي لن يمزقك (أوه!)
على الرغم من أن الثقب الأسود البدائي سيحمل كمية كبيرة من الطاقة الحركية، فإنه سيتحرك أيضًا بسرعات هائلة. وهذا يعني أنه لن تتاح لها الفرصة لنقل الكثير من هذه الطاقة أثناء مرورها عبرك.
وأوضح ستويكوفيتش: “إذا كانت المقذوفة تتحرك عبر وسط بسرعة أكبر من سرعة الصوت، فلن يكون لدى البنية الجزيئية للوسط الوقت الكافي للاستجابة”. “ارمي حجرًا عبر النافذة، فمن المرجح أن تتحطم. أطلق النار على النافذة بمسدس، فمن المرجح أن تترك ثقبًا.”
صورة الإنسان والقطة على خلفية زرقاء سماوية يتقاطعان بخط منقط يمثل مرور ثقب أسود بدائي
إذا كانت فكرة التعرض لثقب أسود بدائي ينفجر بسرعة عالية وعدم الشعور بأي شيء تبدو غير مرجحة بالنسبة لك، ففكر في هذا:
بينما كنت تقرأ تلك الجملة، مرت مئات التريليونات من النيوترونات عبر جسمك بسرعة قريبة من سرعة الضوء، ولم تشعر بأي شيء. يُطلق على هذه الجسيمات اسم “جسيمات الشبح” لسبب وجيه. ربما يمكننا إعادة تسمية الثقوب السوداء البدائية بـ “الثقوب السوداء الشبحية” إذا ثبت أن ستويكوفيتش على حق.
قصص ذات صلة:
– إذا كان الانفجار الكبير قد خلق ثقوبًا سوداء مصغرة، فأين توجد؟
– قد يمر ثقب أسود “بدائي” عبر نظامنا الشمسي كل عقد من الزمان
– يمكن أن تكشف “رصاصات” الثقب الأسود التي تُطلق على المريخ المزيد عن المادة المظلمة
في حين أن كل هذا قد يبدو تخمينيًا للغاية، إلا أن ستويكوفيتش يعتقد أن الدراسات النظرية مثل هذه حيوية وقد شهدت العديد من المفاهيم التي كانت تعتبر في السابق غير محتملة تصبح عناصر مقبولة في العلوم.
ويعتقد أن هذا النوع من التفكير غير التقليدي يمكن أن يساعد في معالجة مشاكل الفيزياء التي ظلت قائمة لعقود من الزمن، وخاصة طبيعة المادة المظلمة.
واختتم ستويكوفيتش حديثه قائلاً: “إن أذكى الأشخاص على هذا الكوكب يعملون على حل هذه المشكلات منذ 80 عامًا ولم يحلوها بعد”. “نحن لسنا بحاجة إلى تمديد مباشر للنماذج الحالية. ربما نحتاج إلى إطار عمل جديد تمامًا.”
تم نشر بحث ستويكوفيتش في مجلة فيزياء الكون المظلم.