عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
يُظهر الرسم التوضيحي ثقبًا أسود قياسيًا على وشك الاندماج مع ثقب أسود بدائي أصغر بكثير. | الائتمان: روبرت ليا (تم إنشاؤه باستخدام Canva)
ربما يكون العلماء قد “سمعوا” أولى التلميحات المحيرة للثقوب السوداء البدائية التي تم النظر إليها منذ فترة طويلة والتي ولدت خلال الانفجار الكبير. إن الكشف المحتمل عن هذه الثقوب السوداء الصغيرة التي يمكن أن تكون بحجم عملة معدنية أو حتى صغيرة مثل جزء من حجم الذرة، جاء من اكتشاف تموجات في الزمكان تسمى موجات الجاذبية بواسطة كاشفين أرضيين، مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO)، ومرصد فيرجو.
ال ليغو– كان التعاون مع برج العذراء يكشف بشكل روتيني عن موجات الجاذبية التي يتم إطلاقها عبر نسيج الفضاء عن طريق عمليات الدمج بين الثقوب السوداء والاصطدامات بين البقايا النجمية المتطرفة تسمى النجوم النيوترونيةمنذ عام 2012. ومع ذلك، في 12 نوفمبر، أصدر التعاون بين LIGO-Virgo-KAGRA بيانًا التنبيه الآلي لاندماج ثقب أسود لم يكن شيئًا روتينيًا.
عندما تم رصد الإشارة من الحدث المُسمى S251112cm، كشفت أن أحد الأجسام المعنية كان له كتلة صغيرة جدًا بحيث لا يمكن أن تكون إما ثقبًا أسود كتلته نجميًا أو نجمًا نيوترونيًا، وكلاهما عبارة عن بقايا نجمية ولدت من النواة المنهارة لنجم ضخم يحتضر، ولها كتل أكبر من كتلة الشمس. وقال جونا كرون، عالم الفيزياء النظرية بجامعة دورهام، والذي لم يشارك في مراقبة موجات الجاذبية: “إذا تبين أن هذا حقيقي، فهو هائل”. علوم. “هذا ليس حدثًا يمكننا تفسيره من خلال العمليات الفيزيائية الفلكية التقليدية.” ومع ذلك، فإن كلمة “إذا” هي كلمة كبيرة جدًا جدًا.
شارك عالم فلك موجات الجاذبية وعضو فريق LIGO، كريستوفر بيري، تنبيه LIGO-Virgo الخاص ببلوسكي، فكتب: “مرشح #موجة_جاذبية مثير للاهتمام #S251112cm يحتمل أن يكون من مصدر كتلة * تحت الشمس *.”
وفي وقت لاحق، أضاف الباحث في جامعة جلاسكو أنه لا تزال هناك فرصة كبيرة لأن يكون هذا إنذارًا كاذبًا، ناتجًا عن الضوضاء في أجهزة الكشف. التقديرات الحالية تشير إلى أن معدل الإنذارات الكاذبة فيما يتعلق بهذا النوع من الكشف يبلغ حوالي إنذار واحد كل أربع سنوات. بالنسبة للإشارات الصادرة عن اندماج الثقب الأسود “العادي” والنجم النيوتروني، والتي يتم اكتشافها بشكل متكرر، يعد هذا هامشًا صغيرًا من الخطأ، ولكن بالنسبة لإشارة نادرة مثل S251112cm، فإنها تلقي بظلال كبيرة من الشك.
ومع ذلك، فقد تم التكهن بالثقوب السوداء البدائية لفترة طويلة، لكنها أثبتت حتى الآن أنها بعيدة المنال، وهذا يجعل حتى أدنى فرصة لاكتشاف محتمل أمرًا مثيرًا للغاية بالفعل.
ما هي الثقوب السوداء البدائية؟
بشكل عام، عندما نستخدم مصطلح “الثقب الأسود”، فإن ما نشير إليه هو ثقب أسود ذو كتلة نجمية. هذا ثقب أسود تتراوح كتلته بين 5 إلى 100 مرة كتلة الشمس، وينشأ عندما ينهار قلب نجم ضخم كتلته 10 أضعاف كتلة الشمس على الأقل، مما يؤدي إلى حدوث مستعر أعظم يدمر الطبقات الخارجية لذلك النجم.
يشير الاستخدام الشائع الآخر لمصطلح “الثقب الأسود” إلى الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في قلوب جميع المجرات الكبيرة. مع كتل أكبر من ملايين إلى مليارات الشموس، فإن الثقوب السوداء فائقة الكتلة أكبر بكثير من أن تتشكل من نجم واحد، لذلك يفترض العلماء أن هذه العمالقة الكونية تنمو من عمليات اندماج متكررة بين ثقوب سوداء أكبر وأكبر على التوالي.
يُعتقد أن الثقوب السوداء البدائية قد تشكلت قبل فترة طويلة من ظهور النجوم الأولى، مباشرة من جيوب شديدة الكثافة في “حساء” البلازما الساخن الذي ملأ الكون في الثواني القليلة الأولى بعد الانفجار الكبير.
يُقترح أن تكون للثقوب السوداء البدائية كتل تتراوح ما بين 1/100000 من كتلة مشبك الورق إلى 100000 مرة من كتلة الشمس، وهو نطاق كتلة يشمل “الكتل دون النجمية”. غالبًا ما يُشار إليها باسم “الثقوب السوداء غير الفيزيائية الفلكية”، وذلك استنادًا إلى حقيقة أنها لا تعتمد على النجوم ليتم إنشاؤها.
إذا كانت الثقوب السوداء البدائية موجودة، فمن الممكن أن تكون لاعبين رئيسيين في كيفية تطور الكون مع مرور الوقت، أو يمكن أن تفسر أحد أكثر الألغاز إلحاحًا في علم الكون الحديث: طبيعة الكون. المادة المظلمة.
تعتبر المادة المظلمة محيرة للعلماء، لأنها على الرغم من أنها تمثل حوالي 85% من المادة في الكون، إلا أنها غير مرئية فعليًا لأنها لا تتفاعل مع الإشعاع الكهرومغناطيسي. ويعني هذا النقص في التفاعل أننا لا نستطيع استنتاج وجود المادة المظلمة إلا من خلال تفاعلها مع الجاذبية، والتي تؤثر على الزمكان وبالتالي تؤثر على المادة العادية والضوء. دفع عدم التفاعل المباشر مع الضوء العلماء إلى البحث عن مرشحين محتملين للمادة المظلمة خارج الكون النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات.
تعتبر الثقوب السوداء البدائية مرشحًا جذابًا للمادة المظلمة، لأن وجودها يقع ضمن نطاق نماذجنا الحالية الكونمما يعني أنها لا تتطلب فيزياء تتجاوز النموذج القياسي. ومع ذلك، حتى الآن، إذا كانت الثقوب السوداء البدائية موجودة، فقد أفلتت من أي محاولات للكشف عنها، وقد يكون ذلك لأنها ببساطة لم تعد موجودة في الكون الحديث بعد الآن.
وفق ستيفن هوكينجوتقوم الثقوب السوداء بتسريب الحرارة إلى الكون على شكل “إشعاع هوكينج”. وهذا يؤدي إلى تبخرها تدريجيًا قبل الانفجار النهائي، لكن هذه العملية تتباطأ مع زيادة كتلة الثقب الأسود. وهذا من شأنه أن يمنح الثقوب السوداء فائقة الكتلة عمرًا يتجاوز العمر المتوقع للكون. ومع ذلك، فهذا يعني أن الثقوب السوداء البدائية الخفيفة جدًا يمكن أن تتبخر في غضون ثوانٍ من تكوينها، في حين أن الأمثلة الأكبر من الممكن أن تتبخر في الكون اليوم.
إبرة في كومة قش كونية
إذا كانت هذه الإشارة أكثر من مجرد إنذار كاذب، فلن يتمكن الباحثون حاليًا من تفسيرها من خلال اصطدامها بأي أجسام فيزيائية فلكية معروفة. وقد مكّن التنبيه الصادر عن LIGO-Virgo علماء الفلك من البدء في البحث عن انفجار صاحب إشارة موجة الجاذبية. لكن أجهزة كشف موجات الجاذبية لم تتمكن إلا من تضييق مصدر هذه الإشارة إلى منطقة من السماء تعادل حوالي 6000 مرة عرض القمر، مما يجعل البحث عن إشارة كهرومغناطيسية مصاحبة أشبه بالبحث عن إبرة في كومة قش كونية.
وهذا يعني أنه في الوقت الحالي، ليس لدى الباحثين سوى إشارة موجة الجاذبية هذه لتقييمها من أجل التحقيق في طبيعة هذا الاندماج. ومع ذلك، يوفر ذلك معلومات أكثر مما قد يبدو في البداية. لدى علماء موجات الجاذبية الفرصة لدراسة “همهمة” موجات الجاذبية التي سبقت الاندماج لتحديد هوية الجسمين اللذين كانا يتصاعدان معًا.
ولسوء الحظ، قد لا نعرف أبدًا ما إذا كانت هذه إشارة من ثقب أسود بدائي أم لا. وهذا يعني أنه ما لم يتم اكتشاف المزيد من الإشارات المشابهة، وهو أمر يقول العلماء إنه احتمال ضئيل.
وخلص كرون إلى القول: “يبدو من غير المرجح أن نعرف على وجه اليقين ما إذا كان هذا التنبيه حقيقيا أم لا”.