يمكن أن تتكون المادة المظلمة من الثقوب السوداء منذ بداية الزمن

بالعربي/ يشير تحليل التموجات في الزمكان إلى أن المادة الغامضة تتكون من ثقوب سوداء بدائية.

قد تتكون المادة المظلمة ، المادة الغامضة التي تمارس الجاذبية ولكنها لا تصدر ضوءًا ، من تركيزات هائلة من الثقوب السوداء القديمة التي نشأت في بداية الكون ، وفقًا لدراسة جديدة.

يأتي هذا الاستنتاج من تحليل موجات الجاذبية ، أو التموجات في الزمكان ، الناتجة عن تصادمين متبعدين بين الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية . 

تم اكتشاف التموجات – المسمى GW190425 و GW190814 – في عام 2019 بواسطة مرصد مقياس التداخل بالليزر لموجات الجاذبية (LIGO) في واشنطن ولويزيانا ، ومقياس Virgo Interferometer بالقرب من بيزا ، إيطاليا. اقترح تحليل سابق أن التموجات نتجت عن الاصطدامات بين الثقوب السوداء بين 1.7 و 2.6 مرة من كتلة شمسنا وإما نجم نيوتروني أصغر أو ثقب أسود أكبر بكثير.

لكن هذا من شأنه أن يجعل أحد الأجسام في كل تصادم ما يسميه علماء الفيزياء الفلكية ثقبًا أسود كتلة الشمس ، مع كتلة الشمس تقريبًا.

“الثقوب السوداء ذات الكتلة الشمسية غامضة تمامًا ، حيث لا يُتوقع حدوثها من الفيزياء الفلكية التقليدية” ، مثل انفجارات النجوم ، أو المستعرات الأعظمية ، التي تسحق النجوم الأكبر في الثقوب السوداء ، وفقًا لمؤلف الدراسة ، فولوديمير تاكيستوف من جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجيليس ، أخبر Live Science في رسالة بريد إلكتروني. 

بدلاً من ذلك ، يقترح المؤلفون في الدراسة ، التي نُشرت في 16 فبراير في مجلة Physical Review Letters ، أن هذه الثقوب السوداء ذات الكتلة الشمسية قد تكون ثقوبًا سوداء “بدائية” نشأت خلال الانفجار العظيم. أو ربما تكونوا قد تشكلوا لاحقًا عندما تم تحويل النجوم النيوترونية إلى ثقوب سوداء – إما بعد ابتلاع ثقوب سوداء بدائية ، أو بعد امتصاص أنواع معينة مقترحة من المادة المظلمة ، فإن المادة الغامضة التي تمارس الجاذبية لا تتفاعل مع الضوء ، كما قال تاكيستوف.

الثقوب السوداء البدائية

من المحتمل أن تكون الثقوب السوداء البدائية ، إن وجدت ، بأعداد هائلة في الثانية الأولى من الانفجار العظيم منذ حوالي 13.77 مليار سنة. كان من الممكن أن تأتي في جميع الأحجام – أصغرها كانت مجهرية وأكبر بعشرات الآلاف من كتلة شمسنا .. 

تظهر الحسابات أن أصغر حجم كان من الممكن أن “يتبخر” الآن ، عن طريق انبعاث الجسيمات الكمومية من خلال عملية تُعرف بإشعاع هوكينغ ، بحيث أن الثقوب السوداء البدائية فقط التي تزيد كتلتها عن 10 ^ 11 كيلوغرامًا – حوالي كتلة كويكب صغير – ستظل موجودة اليوم.

يعتقد بعض علماء الفيزياء الفلكية ، إذا كانت موجودة بالفعل ، أن تشكل الهالات الهائلة من “المادة المظلمة” التي تقع على أطراف المجرات.

أراد الباحثون معرفة ما إذا كان بإمكانهم تمييز الثقوب السوداء البدائية عن الثقوب السوداء التي تكونت من النجوم النيوترونية ، وهي البقايا المتلألئة من المستعرات الأعظمية التي تركت وراءها عندما انفجرت نجومها الأم بعد استخدام كل الهيدروجين في تفاعلات  الاندماج النووي.

حسب علماء الفيزياء الفلكية أن النجوم التي تقل كتلتها عن خمسة أضعاف كتلة الشمس تنهار لتترك وراءها نجمًا نيوترونيًا من مادة شديدة الكثافة ، مع كتلة شمسنا تقريبًا في كرة بحجم مدينة ، حسبما أفاد موقع لايف ساينس .

في هذه النظرية ، فإن الجاذبية الشديدة لبعض النجوم النيوترونية قد تجذب باستمرار جزيئات المادة المظلمة. اقترحت الدراسة الجديدة أن جاذبيتهما ستصبح في نهاية المطاف كبيرة جدًا لدرجة أن النجم النيوتروني والمادة المظلمة سينهاران معًا في ثقب أسود. 

أحد البدائل التي اقترحتها الدراسة هو أن نجمًا نيوترونيًا ربما يكون قد انجذب واندمج مع ثقب أسود بدائي صغير ، والذي استقر بعد ذلك في مركز جاذبية النجم النيوتروني وتغذى بالمادة المحيطة حتى بقي الثقب الأسود فقط.

موجات الجاذبية

استنتج تاكيستوف وزملاؤه أن الثقوب السوداء المحولة من النجوم النيوترونية يجب أن تتبع نفس التوزيع الكتلي للنجوم النيوترونية التي نشأت منها ، والذي يعتمد على أحجام النجوم الأم.

مع أخذ ذلك في الاعتبار ، قاموا بفحص البيانات من 50 أو نحو ذلك من اكتشافات موجات الجاذبية التي تم إجراؤها حتى الآن ، ووجدوا أن اثنين فقط – GW190425 و GW190814 – يشتملان على أجسام ذات كتل مناسبة لتكون ثقوبًا سوداء بدائية ، كما كتب مؤلفو الدراسة. 

البحث ليس حاسمًا: لا يزال من الممكن أن يكون هذان الاصطدامان يتعلقان بنجوم نيوترونية من الكتل المكتشفة ، أو الثقوب السوداء المنقولة من النجوم النيوترونية من تلك الأحجام. كتب المؤلفون أن التوزيع الشامل للنجوم النيوترونية المفترض وجودها في الكون يجعل ذلك غير مرجح. 

قال تاكيستوف: “يقدم عملنا اختبارًا قويًا لفهم أصلهم وعلاقتهم بالمادة المظلمة”. “على وجه الخصوص ، يوضح هذا الاختبار أن الثقوب السوداء الأثقل بكثير من حوالي 1.5 كتلة شمسية من غير المرجح أن تكون ثقوبًا سوداء” محولة “من اضطرابات النجوم النيوترونية.

وإذا كان الأمر كذلك ، فإنه يلمح إلى أن الثقوب السوداء البدائية قد تكون موجودة بالفعل ، وأنها يمكن أن تكون أحد مكونات المادة المظلمة ، وفقًا للدراسة. 

وقال تاكيستوف إن الطريقة ستصبح أكثر دقة مع إجراء المزيد من عمليات الكشف عن موجات الجاذبية: “الاختبار ذو طبيعة إحصائية ، لذا فإن جمع المزيد من البيانات سيسمح بفهم أفضل.” 

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com