آنچه خواهید خواند
یک سیگنال غیرعادی در فضا-زمان
در حالی که همکاری LIGO (رصدخانه تداخلسنج لیزری امواج گرانشی) و Virgo از سال ۲۰۱۲ بهطور معمول امواج گرانشی ناشی از ادغام سیاهچالههای ستارهای و برخورد ستارههای نوترونی را ثبت میکنند، هشدار خودکار اخیر آنها برای رویداد S251112cm متفاوت بود:
- کشف: سیگنال نشان داد که یکی از اجرام درگیر در ادغام، جرمی کمتر از جرم خورشید (subsolar mass) داشته است.
- ابهام: این جرم برای آنکه یک سیاهچاله با جرم ستارهای (Stellar-Mass Black Hole) یا یک ستاره نوترونی (Neutron Star) باشد، بسیار کوچک است. هر دوی این اجرام بقایای ستارهای هستند که از رمبش هسته یک ستاره عظیم در حال مرگ متولد میشوند و جرم آنها بیشتر از جرم خورشید است.
- اهمیت: فیزیکدانان نظری معتقدند اگر این سیگنال واقعی باشد، «عظیم است» و نمیتوان آن را با فرآیندهای متعارف اختر فیزیکی توضیح داد.
- تردید: البته، احتمال هشدار کاذب (False Alarm) به دلیل نویز در آشکارسازها وجود دارد. نرخ تخمین زده شده برای چنین هشدارهای کاذب، حدود یک مورد در هر چهار سال است، که برای یک سیگنال بسیار نادر مانند S251112cm، سایهای از تردید ایجاد میکند.
سیاهچالههای بدوی (Primordial Black Holes) چیستند؟
سیاهچالههای بدوی نوع سومی از سیاهچالهها هستند که تشکیل آنها به فرآیندهای ستارهای وابسته نیست.
- تشکیل: این سیاهچالهها مدتها قبل از شکلگیری اولین ستارگان، مستقیماً از مناطق با چگالی بیش از حد در “سوپ داغ” پلاسما که جهان را در چند ثانیه اول پس از بیگ بنگ پر کرده بود، تشکیل شدهاند.
- دامنه جرمی: جرم سیاهچالههای بدوی میتواند بسیار گسترده باشد؛ از جرمی برابر با ۱/۱۰۰,۰۰۰ جرم یک گیره کاغذ تا ۱۰۰,۰۰۰ برابر جرم خورشید. این دامنه شامل “جرمهای زیر ستارهای” (Sub-stellar masses) میشود که با جرم جسم شناسایی شده در رویداد S251112cm مطابقت دارد.
- اصطلاح: این اجرام اغلب به عنوان “سیاهچالههای غیر اختر فیزیکی” شناخته میشوند، زیرا برای ایجادشان نیازی به ستارگان نیست.
نقش در کیهانشناسی و ماده تاریک
اگر سیاهچالههای بدوی وجود داشته باشند، میتوانند نقش مهمی در تکامل کیهان ایفا کنند، یا یکی از مبرمترین رازهای کیهانشناسی مدرن، یعنی ماهیت ماده تاریک (Dark Matter)، را توضیح دهند.
- ماده تاریک: این ماده حدود ۸۵ درصد از کل ماده موجود در جهان را تشکیل میدهد اما به دلیل عدم تعامل با تابش الکترومغناطیسی، عملاً نامرئی است. وجود آن فقط از طریق اثرات گرانشیاش قابل استنتاج است.
- کاندیدای جذاب: سیاهچالههای بدوی یک کاندیدای جذاب برای ماده تاریک هستند، زیرا وجود آنها نیازی به فیزیک فراتر از مدل استاندارد ذرات ندارد.
- تبخیر: با این حال، طبق نظریه استیون هاوکینگ (Stephen Hawking)، سیاهچالهها از طریق تابش هاوکینگ (Hawking Radiation) گرما را به کیهان نشت میدهند و به تدریج تبخیر میشوند. این بدان معناست که سیاهچالههای بدوی بسیار سبک، ممکن است در ثانیههای اول تشکیل خود تبخیر شده باشند، در حالی که نمونههای بزرگتر هنوز میتوانند در کیهان امروزی وجود داشته و تبخیر شوند.
نتیجهگیری: سر سوزن در انبار کاه کیهانی
در حال حاضر، محققان نمیتوانند سیگنال S251112cm را با برخورد هیچ جرم شناختهشده اختر فیزیکی توجیه کنند.
- مشکل شناسایی: آشکارسازهای امواج گرانشی تنها توانستهاند منبع این سیگنال را به ناحیهای از آسمان محدود کنند که معادل حدود ۶,۰۰۰ برابر عرض ماه است. این امر، جستجو برای یک سیگنال الکترومغناطیسی همراه (مانند انفجار نوری) را مانند “جستجوی سر سوزن در انبار کاه کیهانی” میکند.
- نقطه امید: در حال حاضر، دانشمندان فقط سیگنال امواج گرانشی را برای ارزیابی ماهیت این ادغام در اختیار دارند. آنها میتوانند با مطالعه “زمزمه” امواج گرانشی قبل از ادغام، هویت دو جسم در حال چرخش را تعیین کنند.
- متأسفانه، احتمالاً هرگز با قطعیت نخواهیم دانست که آیا این هشدار واقعاً از یک سیاهچاله بدوی بوده است یا خیر، مگر اینکه سیگنالهای مشابه بیشتری در آینده شناسایی شوند.
