عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
عزز العلماء العلاقة المحتملة بين الطاقة المظلمة والثقوب السوداء. تشير الأبحاث الجديدة إلى أنه مع ولادة المزيد من الثقوب السوداء في “الإعادة العكسية للانفجار الكبير” في الكون البالغ من العمر 14.6 مليار عام، نمت قوة الطاقة المظلمة لتصبح مهيمنة وتستمر في التغير حتى يومنا هذا.
الطاقة المظلمة هي الاسم المكاني الذي يطلق على القوة الغامضة التي تحرك تسارع توسع الكون في عصره الحالي. إنه أمر مثير للقلق لأن العلماء ليس لديهم أي فكرة عن ماهية الطاقة المظلمة، ومع ذلك فهي تهيمن على عالمنا، حيث تمثل حوالي 70٪ من ميزانية المادة/الطاقة الكونية. ومع ذلك، لم يكن هذا هو الحال دائمًا. قبل عصر هيمنة الطاقة المظلمة، كانت المادة والجاذبية تحكمان الكون ونجحتا في إبطاء توسعه الأولي المدفوع بالانفجار الكبير إلى نقطة توقف قريبة. ثم قامت الطاقة المظلمة بانقلابها الكوني منذ حوالي 5 مليارات سنة، حيث “ضربت الغاز” في توسع الكون مرة أخرى. المشكلة هي أنه لا أحد يعرف من أين أتت أو كيف حدث هذا التحول من المادة إلى الطاقة المظلمة.
ولمعالجة هذا اللغز، كان فريق من العلماء يسألون أنفسهم أين تكون الجاذبية في الكون الحديث بالقوة التي كانت عليها في بداية الكون؟ الجواب موجود فقط في قلب الثقوب السوداء. وهكذا، قرر الفريق أن الثقوب السوداء يمكن أن تكون “مقترنة كونيًا” بالطاقة المظلمة.
قال عضو الفريق جريجوري تارلي، أستاذ الفيزياء في جامعة ميشيغان، لموقع Space.com: «وفقًا لفرضية الاقتران الكوني، فإن الثقوب السوداء مقترنة بالكون المتوسع ومليئة بالطاقة المظلمة التي تنمو مع توسع الكون». “يقدم هذا التطور الجديد دليلا مؤكدا على أن الثقوب السوداء المقترنة كونيا قد تكون الطاقة المظلمة للكون.”
يقول تارلي أن هذا قد يكون لأنه عندما يتشكل ثقب أسود أثناء موت وانهيار ثقب أسود آخر، فإن ذلك يشبه الانفجار الكبير الذي يجري في الاتجاه المعاكس. خلال هذه العملية، تتحول مادة النجم الهائل الذي يولد ثقبًا أسود إلى طاقة مظلمة أثناء انهيار جاذبيته الكامل.
إذا كانت الثقوب السوداء تحتوي على طاقة مظلمة، فإن الفريق يفترض أنها يمكن أن تقترن بنسيج الكون وتؤدي إلى توسعه المتسارع. ليس لديهم تفاصيل حتى الآن كيف وهذا يحدث، ولكن لديهم دليل على ذلك يكون يحدث بالفعل.
وقال تارلي: “يوفر هذا التطور الجديد دليلاً مؤكداً على أن الثقوب السوداء المقترنة كونياً قد تكون الطاقة المظلمة للكون”. “من المحتمل جدًا أن يقربنا هذا من اكتشاف الطبيعة الحقيقية للطاقة المظلمة. وربما سيقربنا أيضًا من فهم الطبيعة الحقيقية للثقوب السوداء.”
قلب الغموض يكمن في قلب الثقوب السوداء
هذه هي المرة الثانية التي ينشر فيها الفريق بحثًا يركز على الاقتران الكوني بين الثقوب السوداء والطاقة المظلمة.
وقال تارلي: “أظهرت الدراسة الأولى التي نشرناها في فبراير 2024 تأثير الكون المتوسع على نمو الثقوب السوداء الهائلة في المجرات الإهليلجية المتطورة بشكل سلبي”. “إذا نمت كل الثقوب السوداء بهذه الطريقة، فيمكنها مجتمعة أن تمثل كثافة الطاقة المظلمة في الكون اليوم.”
وفي هذا البحث الجديد، لجأوا إلى بيانات من أداة تحليل الطاقة المظلمة (DESI). تتألف من 5000 عين آلية مثبتة على تلسكوب Mayall في مرصد Kitt Peak الوطني. يقوم DESI بمسح عشرات الملايين من المجرات والكوازارات لبناء خريطة ثلاثية الأبعاد تمتد للكون إلى مسافة 11 مليار سنة ضوئية.
أحدثت DESI ضجة في عامها الأول من البيانات من برنامجها الخمسي من خلال الإشارة إلى أن كثافة الطاقة المظلمة في الكون تتغير.
“يُعتقد عمومًا أن الطاقة المظلمة هي خاصية للفضاء، وبالتالي فهي موحدة وثابتة في الكثافة. لقد قدم DESI للتو دليلاً محيرًا على أن كثافة الطاقة المظلمة ليست ثابتة – وأنها تتغير مع مرور الوقت،” تارلي قال. “توفر نظرية الاقتران هذه آلية فيزيائية محتملة لهذا التغيير.”
قارن الفريق بيانات DESI المتعلقة بالتغير في الطاقة المظلمة بعدد الثقوب السوداء التي ولدت أثناء موت النجوم الضخمة عبر التاريخ الكوني. وأظهر هذا أنه مع نشوء المزيد من الثقوب السوداء، زاد محتوى الكون من الطاقة المظلمة بوتيرة ثابتة. وهذا يعني أن العلاقة بين الطاقة المظلمة والثقوب السوداء معقولة على الأقل.
من خلال إظهار التغير في كثافة الطاقة المظلمة الذي اقترحته بيانات السنة الأولى لـ DESI، والذي يمكن تفسيره بواسطة الثقوب السوداء المنتجة من النجوم الثقيلة في ذروة تكوين النجوم، حصل الفريق على بعض التحقق التجريبي من نظريتهم.
وتابع تارلي: “إن إظهار كيف يتتبع نمو كثافة الطاقة المظلمة إنتاج ونمو الثقوب السوداء في الكون المتوسع هو ملاحظة مستقلة تكمل ملاحظة نمو الثقوب السوداء مع توسع الكون”.
في حين أن الباحث في جامعة ميشيغان وزملاؤه ليسوا مستعدين بعد لشرح كيفية ارتباط الطاقة المظلمة والمادة المظلمة، فإن تارلي مستعد للتكهن لموقع Space.com.
وأوضح تارلي: “في بداية الكون، عندما كانت الجاذبية قوية جدًا، تسبب شكل من أشكال الطاقة المظلمة في تضخم الكون بشكل كبير. ومن خلال عملية غير معروفة، تحولت هذه الطاقة إلى مادة الكون اليوم”. “من المتصور أنه في مركز الثقوب السوداء، وهو المكان الوحيد في الكون الحالي حيث الجاذبية قوية كما كانت أثناء التضخم، تتحول المادة إلى طاقة مظلمة من خلال العملية العكسية.”
وقال تارلي إن جمال هذه النظرية هو أنها لا تساعد فقط في تفسير الطاقة المظلمة ومن أين نشأت، ولكنها تساعد أيضًا في حل مشكلة عالقة في علم الثقوب السوداء.
حاليًا، في قلب الثقوب السوداء، من الناحية النظرية على الأقل، توجد نقطة التفرد، وهي النقطة التي تذهب فيها معادلات نظرية أينشتاين للجاذبية والنسبية العامة إلى ما لا نهاية، وبالتالي تنهار كل الفيزياء. إن الاقتران الكوني للطاقة المظلمة والثقوب السوداء يلغي هذا التفرد.
وأضاف تارلي: “نظريتنا لها فائدة إضافية تتمثل في توفير آلية يمكن من خلالها تجنب التفرد المركزي”. “لم يؤمن أينشتاين أبدًا بالتفرد الموجود في مركز الثقوب السوداء، وشعر أن هذا يمثل فشلًا لنظريته.”
قصص ذات صلة:
— هناك لغز غامض في معدل توسع كوننا، وتلسكوب هابل الفضائي هو من يقوم بهذا اللغز
– مفاجأة! قد يختلف معدل توسع الكون من مكان إلى آخر
– علماء الفلك يعيدون تقييم عمر الكون
وأوضح تارلي أن هذا العمل يمكن أن ينمو عبر سلسلة من السبل الممكنة. وأضاف أن هناك العديد من “الخطوات التالية” التي يمكن للفريق اتخاذها. من بينها معرفة ما إذا كانت نتائجهم ستصمد عندما تصدر DESI بيانات السنوات الثلاث القادمة، والتي من المتوقع أن تنخفض في غضون عدة أشهر.
سيحاول الباحثون أيضًا فهم توزيع الثقوب السوداء المقترنة كونيًا في الكون والعمل على “حل داخلي” للثقوب السوداء المقترنة كونيًا.
واختتم تارلي قائلاً: “في الأساس، لم يعد ما إذا كانت الثقوب السوداء عبارة عن طاقة مظلمة، مقترنة بالكون الذي تعيش فيه، مجرد سؤال نظري”. “هذا سؤال تجريبي الآن.”
نُشر بحث الفريق في مجلة علم الكونيات وفيزياء الجسيمات الفلكية يوم الاثنين (28 أكتوبر).