سیاهچاله های ابتدایی

سیاهچاله ابتدایی چیست؟

تمام سیاه چاله هایی که تاکنون ستاره شناسان دیده اند در یکی از این سه دسته طبقه بندی می شوند: سیاه چاله های ستاره وار، سیاه چاله های با جرم متوسط و سیاه چاله های کلان جرم. جرم هر کدام از این سیاه چاله ها از خورشید ما بیشتر است و حداقل صدها هزار سال پس از بیگ بنگ و همزمان با گسترش جهان شکل گرفته اند.

اما ستاره شناسان معتقدند نوع دیگری از سیاه چاله ها نیز می تواند وجود داشته باشد که به آن سیاه چاله های ابتدایی می گویند.

چشم اندازی مختصر از تشکیل سیاهچاله ها

امکان تشکیل سیاه چاله های ابتدایی در زمان بسیار کوتاهی پس از بیگ بنگ (در حدود ۱ ثانیه) به وجود آمد. اما در جهان بیکرانی که در حال گسترش است، فقط در یک ثانیه تعداد بسیار زیادی از این سیاه چاله ها می توانند تشکیل شوند و هر چه از زمان تشکیل سیاه چاله های ابتدایی جلوتر برویم، جرم این سیاه چاله ها عظیم تر خواهد بود. بسته به زمان دقیق شکل گیری آنها، سیاه چاله های ابتدایی می توانند جرمی در محدوده ^۵-۱۰ گرم، یا ۱۰۰۰۰۰ برابر کمتر از یک گیره کاغذ، تا ۱۰۰۰۰۰ برابر جرم خورشیدی داشته باشند.

ایده چنین سیاه چاله های کوچکی، استفان هاوکینگ را وسوسه کرد تا به بررسی بیشتر درباره ی ویژگی های مکانیک کوانتومی آنها بپردازد. این کار منجر شد که او بتواند در سال ۱۹۷۴ کشف کند که سیاه چاله ها با گذشت زمان می توانند تبخیر شوند. سیاه چاله های بزرگ در مدت زمانی بیشتر از سن جهان تبخیر خواهند شد اما سیاه چاله های کوچک بسته به جرمشان می توانند تاکنون تبخیر شده یا در حال تبخیر باشند. هاوکینگ محاسبه کرد که هر سیاه چاله ابتدایی با جرمی بزرگ تر از ۱۰۱۲ کیلوگرم؛ که به مراتب کمتر از جرم هر سیاره، سیاره کوتوله، و بیشتر سیارک ها و دنباله دارها در منظومه شمسی ما است، می تواند هنوز هم وجود داشته باشد، در حالی که سیاه چاله هایی با جرم کمتر تاکنون ناپدید شده اند. بسته به جرم آنها ( که به یاد داشته باشید به زمان تشکیل آنها بستگی دارد)، هر سیاه چاله که امروز باقی مانده است می تواند  برخی از مشکلات اساسی در نجوم را توضیح دهد که در ادامه به دو مورد از آنها اشاره می کنیم:

کاندیدی برای ماده تاریک

یکی از این مشکلات اساسی ماده تاریک است. این ماده که در حدود ۳۰ درصد از جهان ما را تشکیل می دهد، همچنان ماهیت واقعی خود را پنهان نگه داشته است. اما سیاه چاله های ابتدایی می توانند پاسخ یا حداقل سرنخی از این معما باشند. این سیاه چاله ها می توانند نوعی از ماده تاریک باشند که به آن “اجسام هاله ای پرجرم فشرده” یا به اختصار MACHO ها می گویند. کهکشان هایی مانند راه شیری و آندرومدا هاله های بزرگی از ماده تاریک دارند. اگر سیاه چاله های ابتدایی نوعی از ماده تاریک باشند آنها را می توان در این هاله ها پیدا کرد. مشاهده ی چنین سیاه چاله هایی بسیار دشوار خواهد بود. یکی از راه های مشاهده ی MACHO ها جستجوی رویدادهایی به نام “ریزهمگرایی” است. زیر همگرایی زمانی اتفاق می افتد که یک جسم عظیم (مانند سیاه چاله) در جلوی جسم دورتری مانند یک ستاره یا یک کهکشان قرار می گیرد. سیاه چاله نوری که از منبع دور اطراف خود می آید را خم می کند، و تصویر را بزرگ تر و درخشان تر نشان می دهد. این اتفاقات بسیار نادر و کوتاه مدت هستند، اما بررسی تعداد کافی از آنها به ستاره شناسان اجازه می دهد تا مشخص کنند چه اجسامی در حال ریزهمگرایی هستند و آیا این اجسام می توانند سیاه چاله ی ابتدایی باشند. اگرچه، چندین مطالعه ی اخیر نشان داده است که حتی اگر این نوع از سیاه چاله های ابتدایی وجود داشته باشند، آنها احتمالا نمی توانند همه یا حتی بیشتر اثرات ناشی از ماده تاریک را که می بینیم، توضیح دهند.

راه دیگر برای جستجوی سیاه چاله های بزرگ ابتدایی از طریق ادغام سیاه چاله ها است. رصدخانه های امواج-گرانشی مانند LIGO و VIRGO تا کنون ادغام چندین سیاه چاله را مشاهده کرده اند و پروژه های آینده مانند LISA می تواند ادغام چندین جرم مختلف را نیز تشخیص دهد. از آنجا که ستاره شناسان می توانند جرم سیاه چاله های در حال ادغام را تشخیص دهند، بنابراین می توانند اتفاقات آینده ی هر سیاه چاله با جرم معین را نیز تشخیص داده و سیاه چاله های ابتدایی را مشخص کنند.

از طرف دیگر، سیاه چاله های ابتدایی می توانند بسیار کوچک باشند. برخی نظریه ها معتقدند اگرچه که سیاه چاله ها تبخیر می شوند، اما ممکن است در این مورد نیز محدودیت وجود داشته باشد. بنابراین زمانی که یک سیاه چاله در حال تبخیر به جرم مشخصی می رسد، تبخیر متوقف شده و در همان اندازه ی کوچک باقی می ماند. در این صورت، سیاه چاله های ابتدایی می توانند ماده تاریک محسوب شوند، البته به شکلی متفاوت که جستجوی آنها را چالش برانگیزتر خواهد کرد.

بذرهایی برای سیاه چاله های ابرجرم

حتی اگر سیاه چاله های ابتدایی را به عنوان ماده تاریک محسوب نکنیم، مشکل دیگری نیز در اخترفیزیک وجود دارد که این سیاه چاله ها ممکن است بتوانند آن را حل کنند. سیاه چاله های ابتدایی با اندازه ی بزرگ تر می توانند وجود سیاه چاله های ابرجرمی که ستاره شناسان در مرکز کهکشان های بزرگ مشاهده می کنند را توضیح دهند. این سیاه چاله های بسیار عظیم که میلیون ها یا میلیاردها برابر بزرگ تر از خورشید هستند، نمی توانند از فروپاشی یک یا حتی چند ستاره به وجود بیایند. ستاره شناسان نمی دانند چطور این سیاه چاله ها وجود دارند یا چه چیزی آنها را به وجود آورده است.

شاید آنها از سیاه چاله های ابتدایی تشکیل شده باشند که از نخستین ثانیه جهان در آن اطراف وجود داشته اند. در واقع این سیاه چاله ها می توانند مانند بذرهایی باشند که سیاه چاله های ابرجرم از آنها می توانند رشد کنند. اگرچه این نظریه ممکن است چندان هم درست نباشد، زیرا سیاه چاله های ابتدایی باید در نخستین ثانیه آغاز جهان شکل گرفته باشند و در حالی که می توانند حداکثر ۱۰۰۰۰۰ برابر خورشید باشند، باید مواد بسیار زیادی را به درون خود بکشند و بتوانند به سرعت رشد کنند. این اتفاق غیر ممکن نیست اما برای توضیح وجود همه ی این تعداد زیاد از سیاه چاله های ابرجرمی که امروزه وجود دارند کمی نامحتمل است.

صرف نظر از مکان یا چگونگی تشکیل این سیاه چاله های ابتدایی، آنها می توانند اطلاعات زیادی درباره ی جهانی که در آن زندگی می کنیم به ستاره شناسان بدهند. بسته به جرمشان، این سیاه چاله ها می توانند به عنوان کاوشگرهایی برای تکامل کهکشان ها، فیزیک ذرات و یا حتی زمان های اولیه پس از آغاز جهان محسوب شوند. اگرچه این سیاه چاله ها می توانند وجود داشته باشند و قوانین فیزیک وجود آنها را پیش بینی کرده است، اما آنها هنوز دیده نشده اند و در حال حاضر یکی از بزرگ ترین سوالات ستاره شناسان باقی مانده اند.

بیشتر بخوانید:

در فضای بین کهکشانی چه می گذرد؟

همه چیز درباره سحابی ها، محل تولد ستارگان

منبع مقاله: www.astronomy.com

مترجم: لیلا رضایی

اینستاگرام: shabahang.planetarium