اكتشاف ثقوب سوداء صغيرة تدور بانتظام في نظامنا الشمسي!

اقترح فريق من العلماء أن “الثقوب السوداء البدائية” (Primordial black hole) يمكن أن تدور بانتظام في نظامنا الشمسي بمعدل مرة واحدة على الأقل كل عقد.

العلماء الذين يقفون وراء هذه النظرية هم فريق بقيادة أستاذ الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ديفيد كايزر وطالب الدراسات العليا في جامعة ستانفورد تونغ تران، الذين يستخدمون القياس الدقيق عن بعد للبحث عن التذبذبات الصغيرة في مدار المريخ والتي قد تكون ناجمة عن العبور المتكرر لهذه الثقوب السوداء البدائية الصغيرة. يقترح بحثهم، الذي نُشر في مجلة (Physical Review D)، أن هذه الأجسام القديمة يمكن أن تمثل بعضًا، إن لم يكن كل، المادة المظلمة التي تشكل 85% من الكون.

وبينما يتعمق الباحثون في هذه الظاهرة، فإنهم يسلطون ضوءًا جديدًا على طبيعة المادة المظلمة وأسرار الكون. ولكن ما هي بالضبط هذه الثقوب السوداء البدائية، وكيف تؤثر على نظامنا الشمسي؟ في الأقسام التالية، سنستكشف المفهوم العلمي وتاريخ هذه الثقوب السوداء البدائية، وقصة اكتشافها، والتأثير المحتمل على فهمنا للكون.

لغز المادة المظلمة الغامضة

لو أنك في غرفة واسعة ومظلمة وتبحث عن شيء فلن يمكنك رؤيته. ستتعثر، لكن لا يمكنك تفسير سبب تعثرك بهذه الطريقة. هذا هو الوضع تقريبًا الذي يواجهه العلماء عند التعامل مع المادة المظلمة، وهي كيان غامض يشكل 85% من كتلة الكون. على الرغم من وجودها الهائل، تظل المادة المظلمة غير مرئية، ولا تتفاعل مع الضوء ولا مع الإشعاع. ولا يمكن الاستدلال على وجودها إلا من خلال قوة جاذبيتها للأجسام المرئية، مثل النجوم والمجرات.

لعقود من الزمن، حاول العلماء فهم طبيعة المادة المظلمة. تقترح بعض النظريات أنها مصنوعة من جسيمات غريبة، مثل جسيمات التفاعل الضعيف الضخمة (WIMPs)، بينما يقترح البعض الآخر أنها قد تكون شيئًا مختلفًا تمامًا. أثار عدم اليقين المحيط بالمادة المظلمة العديد من المشاريع البحثية.

الثقوب السوداء البدائية

يعود مفهوم الثقوب السوداء البدائية إلى اللحظات الأولى من وجود الكون. خلال الجزء الأول من الثانية بعد الانفجار الكبير، شهد الكون توسعًا سريعًا يُعرف باسم التضخم. من الممكن أن يكون هذا الإطلاق المكثف للطاقة قد أدى إلى إنشاء ثقوب سوداء مصغرة، وقد تصل كتلتها إلى كتلة كويكب كبير الحجم في مساحة ذرة واحدة. تم الافتراض بأن هذه الثقوب السوداء موجودة منذ مليارات السنين، وتتجول في الكون بصمت، ومن المحتمل أن تشكل جزءًا كبيرًا من المادة المظلمة.

تعود فكرة الثقوب السوداء البدائية إلى ستينيات القرن العشرين، عندما اقترح علماء مثل ستيفن هوكينج وياكوف زيلدوفيتش وجودها. ومع ذلك، لم يبدأ الباحثون في استكشاف علاقتها المحتملة بالمادة المظلمة إلا في السنوات الأخيرة. وتشير النظرية إلى أن هذه الثقوب السوداء الصغيرة يمكن أن تكون قد تشكلت من تقلبات الكثافة في الكون المبكر، مما أدى إلى “تجميدها” بشكل فعال في حالة كمومية.

ثقوب سوداء تدور بانتظام في نظامنا الشمسي

يقترح الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن هذه الثقوب السوداء البدائية يمكن أن تمر بالقرب من نظامنا الشمسي بمعدل مرة واحدة على الأقل كل عقد. ولكن كيف يمكننا اكتشاف هؤلاء الزوار الصغار؟

يكمن المفتاح في كثافتها الهائلة، والتي من شأنها أن تمارس قوة جاذبية كبيرة على الأجرام السماوية في نظامنا الشمسي. ومن خلال تحليل التذبذبات في مدار المريخ، قد يتمكن العلماء من تحديد التأثيرات الدقيقة لهذه الثقوب السوداء الصغيرة التي تطير بالقرب منها. ونظرًا لعقود من القياس عن بعد الدقيق، يعرف العلماء المسافة بين الأرض والمريخ بدقة تصل إلى حوالي عشرة سنتيمترات، وهذا يوفر فرصة فريدة للبحث عن هذه التأثيرات الصغيرة.

تشير الحسابات النظرية التي أجراها المؤلف الرئيسي تونغ تران إلى أنه إذا مر ثقب أسود بدائي على مسافة ثلاثة أقدام من شخص ما، فإنه سيدفعه مسافة 20 قدمًا في ثانية واحدة. وقام الفربق باستقراء ما يمكن أن يحدث إذا طار ثقب أسود بالقرب من الأرض وتسبب في اهتزاز القمر قليلاً. لم تكن الأرقام التي حصلوا عليها واضحة للغاية. حيث هناك العديد من الديناميكيات الأخرى في النظام الشمسي التي يمكن أن تعمل كنوع من الاحتكاك للتسبب في تخفيف التذبذب.

عمل كثير

حتى لو تمكن الفربق من تأكيد هذا التذبذب، فسيظل أمام العلماء الكثير من العمل لتأكيد وجود الثقوب السوداء البدائية.

ولحسن الحظ بالنسبة للفريق، كان علماء الفلك يتتبعون الصخور الفضائية العادية لعقود من الزمان أثناء تحليقها عبر نظامنا الشمسي، لذلك يمكن حساب الخصائص النموذجية لمساراتها والبدء في مقارنتها بأنواع مختلفة جدًا من المسارات والسرعات التي يجب أن تتبعها الثقوب السوداء البدائية”.

ومع ذلك، قد يكون رصدها أمرًا بالغ الأهمية. إن علماء الفلك في الواقع ماهرون بشكل مذهل في العثور على أجسام أخف وزناً بكثير في نظامنا الشمسي، مثل الكويكبات الصغيرة، كما أن المراقبة المباشرة لثقب أسود صغير باستخدام تلسكوب من المرجح أن لا تظهر أي شيء على الإطلاق.

• هل حدث اضطراب في الغلاف الشمسي لفترة وجيزة منذ مليوني سنة؟
• اكتشاف دليل على وجود المادة المظلمة في الغلاف الجوي لكوكب المشتري
• ما أنواع الثقوب السوداء؟
• المادة المظلمة، أحد أكثر ألغاز الفضاء تعقيداً.
• كيف أحدث الفائزون بجائزة نوبل الفيزياء 2019 ثورة في علم الفلك؟

التأثير المحتمل على فهمنا للكون

إذا تبين أن هذه الثقوب السوداء الصغيرة مسؤولة عن جزء كبير من المادة المظلمة، فستكون هذه لحظة رائدة في تاريخ علم الفلك.

هذا يمكن أن يفتح الأبواب أمام مجالات جديدة من البحث، مما يمكن العلماء من دراسة هذه الأجسام الغامضة عن قرب وكشف أسرار الكتلة الخفية للكون. إن الآثار المحتملة هائلة، لأنها يمكن أن تغير بشكل جذري فهمنا للكون وتطوره.

علاوة على ذلك، فإن القدرة على اكتشاف ودراسة الثقوب السوداء البدائية يمكن أن توفر أيضًا نظرة ثاقبة للحظات الأولى للكون، بعد ثوانٍ فقط من الانفجار الكبير. سيكون هذا بمثابة نافذة على الماضي، مما يسمح لنا بإلقاء نظرة خاطفة على الظروف التي شكلت الكون كما نعرفه اليوم.

المصادر

Scientists Suggest Tiny Black Holes Are Regularly Cruising Through Our Star System | futurism

Close encounters of the primordial kind: A new observable for primordial black holes as dark matter | physical review D