آیا ماده تاریک ممکن است از سیاه چالههای جهانی دیگر ساخته شده باشد؟
زومیت: یک نظریه جدید حاکی از آن است که جهان قبل از انبساط خود مرحله ای از فروپاشی را پشت سر گذاشته است و بقایای آن، از جمله سیاهچاله ها، هنوز در کیهان وجود دارند.
تحقیقات جدید نشان می دهد که ماده تاریک ممکن است از سیاهچاله های بسیار قدیمی تشکیل شده باشد. در این دیدگاه، انفجار بزرگ آغاز مطلق جهان نیست، بلکه نتیجه یک جهش کیهانی پس از یک دوره انقباض است.
بر خلاف مدل استاندارد، برخی از ساختارها مانند سیاهچاله ها می توانند از این انتقال جان سالم به در ببرند. این سیاهچالههای باقیمانده میتوانند همان چیزی باشند که امروزه به عنوان ماده تاریک میشناسیم.
نظریه جدید همچنین می تواند وجود اجرام بسیار عظیم را در تاریخ اولیه کیهان توضیح دهد.
آیا ممکن است ماده تاریک از سیاهچاله هایی ساخته شده باشد که متعلق به جهان قبل از انفجار بزرگ هستند؟ یک تحقیق جدید چنین احتمالی را مطرح میکند و میگوید که بقایای سیاهچالههایی که پیش از آغاز جهان کنونی شکل گرفتهاند، ممکن است همچنان در شکلگیری و پایداری کهکشانها نقش داشته باشند.
به طور کلی، سیاهچاله ها مناطقی از فضا-زمان هستند که در آن ماده به حجم بسیار کمی فشرده می شود. در مقابل، «ماده تاریک» ماده ای نامرئی است که نه نور را بازتاب می کند و نه جذب می کند. با این حال، ستاره شناسان می دانند که چنین ماده ای از طریق اثرات گرانشی آن بر کهکشان ها و ساختارهای کیهانی وجود دارد. به بیان ساده، ماده تاریک مانند «چسب نامرئی» عمل می کند که اجزای کهکشان ها را در کنار هم نگه می دارد، اما ماهیت بنیادی آن ناشناخته باقی مانده است. بسیاری از فیزیکدانان بر این باورند که این ماده از ذرات زیر اتمی کشف نشده تشکیل شده است.
با این حال، سیاهچاله های بسیار قدیمی که قبل از بیگ بنگ تشکیل شده اند نیز ویژگی های لازم را دارند: تاریک هستند و در عین حال جرم زیادی دارند. مقاله جدیدی این ایده را بررسی می کند و پیشنهاد می کند که اگر چنین سیاهچاله هایی وجود داشته باشند، می توانند نامزدهای خوبی برای ماده تاریک باشند. البته این فرضیه همچنین مستلزم بازنگری در درک ما از بیگ بنگ است.
برای نزدیک به یک قرن، کیهان شناسان تاریخ جهان را به یک لحظه اولیه، یعنی انفجار بزرگ، نسبت می دهند. اما شاید این رویداد آغاز مطلق زمان نبود. این احتمال وجود دارد که قبل از انفجار بزرگ جهان دیگری وجود داشته باشد. در این سناریو، جهان ابتدا فروپاشید، سپس وارد مرحله انبساط شد و انفجار بزرگ در واقع نقطه گذار بین این دو مرحله در نظر گرفته می شود.
مدل بیگ بنگ تاکنون بسیار موفق بوده است. این مدل تابش پس زمینه کیهانی (نوعی از تشعشعات باقی مانده از کیهان اولیه) را به خوبی توضیح می دهد و همچنین توزیع در مقیاس بزرگ کهکشان ها را با دقت بالایی پیش بینی می کند. اما در چارچوب نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین، انفجار بزرگ منجر به تکینگی می شود. نقطه ای که در آن چگالی به بی نهایت می رسد و قوانین شناخته شده فیزیک دیگر اعمال نمی شود.
بسیاری از فیزیکدانان این تکینگی را یک واقعیت فیزیکی نیست، بلکه نشانه ناقص بودن نظریه های فعلی می دانند. به عبارت دیگر، تکینگی ها بیشتر هشدارهای ریاضی هستند تا پدیده های واقعی. آنها نشان می دهند که نظریه های فعلی قادر به توصیف اولین لحظات جهان نیستند.
همانطور که انریکه گازتاناگا، استاد اخترفیزیک در موسسه کیهان شناسی و گرانش دانشگاه پورتسموث، در وب سایت مکالمه توضیح می دهد، یکی از جایگزین های پیشنهادی برای انفجار بزرگ، کیهان شناسی پرش است. در این دیدگاه، کیهان قبل از انفجار بزرگ وارد مرحله انقباض شد و به چگالی بسیار بالا اما نه بی نهایت رسید. سپس به جای فروپاشی کامل، نوعی «بازگشت» یا پرش رخ داده و مرحله گسترش جدیدی آغاز شده است.
این مدلها برای دههها مورد مطالعه قرار گرفتهاند و معمولاً نیاز به تغییراتی در نظریه گرانش یا معرفی اجزای جدید و عجیب و غریب دارند. اما تحقیقات جدید نشان می دهد که چنین جهشی می تواند در چارچوب فیزیک استاندارد و با در نظر گرفتن همزمان گرانش و اثرات مکانیک کوانتومی رخ دهد.
در کیهان شناسی استاندارد، بلافاصله پس از انفجار بزرگ، دوره ای از انبساط بسیار سریع به نام “تورم” وجود داشت که تقریباً تمام ساختارهای قبلی را از بین برد. اما در مدل جهشی، وضعیت متفاوت است. این تحقیق نشان می دهد که سازه های بزرگتر از حدود ۹۰ متر می توانند در مرحله انتقال بین انقباض و انبساط زنده بمانند. این بقایای که زباله های کیهانی نامیده می شوند، می توانند شامل سیاهچاله ها، امواج گرانشی و نوسانات چگالی باشند.
فیزیک کوانتومی سرنخ مهمی برای درک این موضوع ارائه می دهد. بر اساس اصل طرد پائولی که یکی از اصول بنیادی نظریه کوانتومی است، ماده در چگالی های بسیار بالا به حالتی به نام دژنره می رسد. در این حالت فشاری ایجاد می شود که مانع از فشرده شدن بیشتر مواد حتی بدون گرما می شود.
محققان دو مسیر اصلی را برای تشکیل سیاهچاله های باقیمانده پیشنهاد می کنند. اول، بقای مستقیم ساختارهای فشرده و نوساناتی است که در مرحله انقباض ایجاد شده اند. این ساختارها می توانند از جهش جان سالم به در ببرند و در دنیای جدید زنده بمانند.
مسیر دوم بسیار جالب تر است. در طی انقباض، ماده تحت تأثیر گرانش به طور طبیعی به هم چسبیده و ساختارهایی شبیه هاله های کهکشانی را تشکیل می دهد. پس از پرش، این ساختارها می توانند به سرعت به سیاهچاله تبدیل شوند. به عبارت دیگر، کهکشان ها و ستارگان متعلق به جهان قبلی، در این فرآیند تبدیل به سیاهچاله هایی می شوند که اگرچه جزئیات ساختاری خود را از دست می دهند، اما جرمشان حفظ می شود.
چنین ایده ای این سوال را مطرح می کند: آیا آن سیاهچاله ها می توانند ماده تاریک باشند؟ برای چندین دهه، نامزد اصلی ماده تاریک ذرات بنیادی ناشناخته بوده اند، اما هیچ یک از این ذرات هنوز به طور مستقیم شناسایی نشده اند.
در این میان، سیاهچاله های باستانی جایگزین جذابی ارائه می دهند. اگر تعداد کافی از این اجرام توسط رویدادهای کیهانی تولید شده باشند، می توانند بخش قابل توجهی از ماده تاریک را تشکیل دهند.
این ایده همچنین ممکن است به حل یکی از معماهای مهم سال های اخیر کمک کند. تلسکوپ فضایی جیمز وب جمعیتی از اجرام بسیار فشرده و بسیار قرمز را در جهان اولیه کشف کرده است که به لکه های قرمز کوچک معروف هستند. این اجرام تنها چند صد میلیون سال پس از انفجار بزرگ ظاهر شدند، اما جرم و درخشندگی آنها بیش از حد انتظار است.
بسیاری از ستاره شناسان بر این باورند که این اجرام با سیاهچاله هایی که به سرعت در حال رشد هستند مرتبط هستند. شاید همان دانه هایی که بعدها تبدیل به سیاهچاله های عظیم در مرکز کهکشان ها شدند. اما توضیح شکل گیری سریع چنین اجسامی در چارچوب مدل استاندارد بسیار دشوار است.
در اینجا نیز سیاهچاله های باقیمانده می توانند پاسخی طبیعی ارائه دهند. اگر دانه های عظیم از همان ابتدا، بلافاصله پس از جهش وجود داشتند، جهان اولیه نیازی به شروع از ابتدا نداشت. در این مورد، سیاهچاله های کلان جرم می توانند از بقایای بسیار قدیمی رشد کرده باشند.
در مجموع، سناریوی “جهش کیهانی” چارچوبی یکپارچه برای حل چندین مشکل مهم در کیهان شناسی فراهم می کند. در این چارچوب، تکینگی بیگ بنگ با یک انتقال کوانتومی جایگزین میشود، که ممکن است به مفهوم انیشتین-رزن از ارتباط ریاضی بین دو منطقه مختلف فضا-زمان مربوط باشد. همچنین، تورم کیهانی میتواند به طور طبیعی از دینامیک نزدیک به این پرش ناشی شود، انرژی تاریک ممکن است به ساختار کلی یک جهان محدود مرتبط باشد، و امواج گرانشی نیز میتوانند نشانههایی از فاز قبلی جهان را حمل کنند.
با این حال، هنوز کارهای زیادی باید انجام شود. این ایدهها باید با دادههای رصدی، از جمله پسزمینه امواج گرانشی، نقشهبرداری کهکشانها و اندازهگیریهای دقیق تابش پسزمینه کیهانی، آزمایش شوند.
اما اگر این فرضیه ها درست باشند، پیامدهای آن عمیق است: جهان ممکن است تازه شروع نشده باشد، بلکه از یک چرخه قبلی “بازگشته” شده باشد، و ساختارهای تاریکی که امروز کهکشان ها را تشکیل می دهند ممکن است بقایای زمانی قبل از انفجار بزرگ باشند.
