قد تنمو الثقوب السوداء مع توسع الكون

بالعربي/ تشير فرضية جديدة إلى أن توسع الكون يمكن أن يتسبب في زيادة كتلة كل الأجسام المادية.

الثقوب السوداء في الكون أكبر مما توقع علماء الفيزياء الفلكية أن تكون عليه. الآن ، تقترح دراسة جديدة السبب: قد ينمو كل ثقب أسود مع توسع الكون.

تقول الفرضية الجديدة ، المسماة “الاقتران الكوني” ، أنه مع توسع الكون إلى الخارج بعد الانفجار العظيم ، تنمو معه أيضًا جميع الأجسام ذات الكتلة. والثقوب السوداء ، باعتبارها من أضخم الأجسام الموجودة ، تنمو أكثر. 

تنبع هذه الفرضية من تموجات الجاذبية في الزمكان التي تحدث عندما ينغلق ثقبان أسودان هائلان في المدار ، ويتصادمان لولبيًا للداخل. منذ عام 2015 ، لاحظ العلماء في مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) ومقياس تداخل العذراء ، المصممان لاكتشاف موجات الجاذبية هذه ، العديد من عمليات اندماج الثقوب السوداء. 

لكن الأمواج تحتوي على لغز. بناءً على توزيع الحجم المقدر للنجوم في الكون ، يجب أن يكون للثقوب السوداء كتل أقل من 40 ضعف كتلة الشمس تقريبًا. لكن البيانات المأخوذة من موجات الجاذبية هذه تظهر أن العديد من الثقوب السوداء تزيد عن 50 كتلة شمسية ، وبعضها يقترب من 100 كتلة شمسية. 

التفسير الشائع لعدم التوافق هذا هو أن الثقوب السوداء تنمو بمرور الوقت عن طريق التهام الغاز والغبار والنجوم وحتى الثقوب السوداء الأخرى. ولكن نظرًا لأن الثقوب السوداء غالبًا ما تتشكل بعد انفجارات نجمية عملاقة تسمى المستعرات الأعظمية ، فإن العديد من الثقوب السوداء تظهر في مناطق من الفضاء لا تحتوي على أي من هذه المواد. اقترح علماء الفلك تفسيرات بديلة ، لكنهم جميعًا يقترحون تغييرات غير مرئية في فهم العلماء الحالي لدورات حياة النجوم. ولا أحد يستطيع تفسير التنوع الهائل في حجم الثقوب السوداء المندمجة التي اكتشفتها مراصد موجات الجاذبية. 

تقترح الورقة الجديدة ، التي نُشرت في 3 نوفمبر في مجلة The Astrophysical Journal Letters ، شرحًا لكتل ​​الثقوب السوداء المدمجة الكبيرة والصغيرة: إن الكتل المتضخمة للثقوب السوداء ليست نتيجة أي شيء يأكلونه ، ولكنها بدلاً من ذلك بطريقة ما مرتبطة بتوسع الكون نفسه. 

هذا يعني أن جميع الثقوب السوداء في الكون – بما في ذلك الثقوب السوداء المندمجة التي تم اكتشافها في تجارب موجات الجاذبية ، والثقوب السوداء المتجولة في أطراف مجرتنا وحتى الثقوب السوداء الهائلة الهائلة في مراكز معظم المجرات – تنمو بمرور الوقت . 

للتحقيق في فرضيتهم ، اختار الباحثون أن يصمموا نموذجين مدمجين باللون الأسود في كون متنامي ، بدلاً من الأكوان الثابتة التي تبنيها فرق البحث الأخرى من أجل تبسيط المعادلات المعقدة (المشتقة من نظرية أينشتاين للنسبية العامة ) التي توفر أسس الأسود. نماذج دمج الثقب.

يستغرق الأمر بضع ثوانٍ فقط حتى يندمج ثقبان أسودان متصاعدان ، لذا فإن افتراض وجود كون ثابت خلال هذا الإطار الزمني القصير ، كما فعلت الأعمال السابقة ، يبدو منطقيًا. لكن الباحثين لا يتفقون ، فهم يقولون إنه إذا افترض العلماء وجود كون ثابتًا في نماذجهم ، فيمكنهم استبعاد التغييرات المحتملة في الثقوب السوداء على مدى مليارات السنين التي كانت موجودة قبل الوصول إلى نقطة الاصطدام.

قال مؤلف الدراسة الأول كيفن س. كروكر ، الأستاذ في جامعة هاواي في قسم الفيزياء والفلك في مانا في البيان . “هناك مفاضلة ، بالرغم من ذلك: قد تكون التوقعات معقولة فقط لفترة زمنية محدودة.”

من خلال محاكاة ملايين الأزواج من النجوم – من ولادتها إلى وفاتها – تمكن الباحثون من دراسة تلك التي ماتت لتشكيل ثقوب سوداء مقترنة وربط مقدار نموها بما يتناسب مع توسع الكون. بعد مقارنة بعض التنبؤات التي قدمها نموذج الكون الذي نماه مع بيانات LIGO-Virgo ، تفاجأ الباحثون برؤيتهم متطابقة بشكل جيد.

قال المؤلف المشارك جريجوري تارلي ، أستاذ الفيزياء بجامعة ميتشيغان ، في بيان: “يجب أن أقول ، لم أكن أعرف ما أفكر فيه في البداية” . “لقد كانت فكرة بسيطة ، لقد فوجئت أنها نجحت بشكل جيد.”

قد تبدو الفرضية غريبة ، لكن الاقتران الكوني موجود في مكان آخر في الفيزياء الفلكية. ولعل أشهر مثال على ذلك هو “الانزياح الأحمر” ، حيث يمتد ضوء الأجسام المتحركة بعيدًا إلى أطوال موجية أطول (وبالتالي حمراء).

هذا يعني أنه مع توسع الكون وابتعاد النجوم عن بعضها البعض – مثل النقاط المرسومة على بالون منتفخ – تصبح جسيمات الضوء ، أو الفوتونات ، التي تصدرها النجوم أكثر احمرارًا بمرور الوقت ، وتفقد الطاقة أثناء قيامها بذلك. يقال إن طاقة الضوء مقترنة من الناحية الكونية بتوسع الكون.

إذا كان الباحثون على صواب ، فهذا يعني أن كل شيء ذي كتلة يكبر – الشموس والنجوم النيوترونية والكواكب وحتى البشر. بالطبع ، سيكون هذا الاقتران أضعف بكثير بالنسبة لنا من الثقوب السوداء.

قال كروكر لـ Live Science: “ينطبق الاقتران الكوني على أشياء ومواد أخرى في الكون ، لكن قوة الاقتران ضعيفة جدًا بحيث لا يمكنك رؤية آثارها”. “بالنسبة لأنواع الثقوب السوداء التي افترضناها ، يمكن أن يكون الاقتران أكبر مليون مرة مما تتوقعه من قلب الشمس. وحتى بالنسبة لهذه الأنواع من الثقوب السوداء ، قد تضطر إلى الانتظار مئات الملايين من سنوات لمضاعفة كتلتك. “

قد تكون مجرد فكرة مثيرة للاهتمام في الوقت الحالي ، ولكن مع زيادة حساسية أجهزة الكشف عن الموجات الثقالية بمرور الوقت ، ستتوفر المزيد والمزيد من البيانات لاختبار الفرضية ، على حد قول كروكر.

قال كروكر: “الترقيات المخططة لـ LIGO-Virgo ، بالإضافة إلى البيانات التي ستجمعها خلال العقد المقبل ، ستصف العديد من عمليات اندماج الثقوب السوداء”. “كلما تم جمع المزيد من البيانات ، زادت قوة اختبار فرضيتنا. قد تسمح لنا تجارب موجات الجاذبية الفضائية ، مثل LISA [هوائي مقياس التداخل الليزري الفضائي] ، برؤية اكتساب الكتلة مباشرةً في أنظمة فردية.”

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com