قد تكون هذه الثقوب، التي تعتبر بقايا نظرية للكون المبكر، قابلة للاكتشاف كل عقد من الزمن أثناء مرورها عبر النظام الشمسي، مما يوفر طريقة جديدة لدراسة المادة المظلمة بعيدة المنال.
قد يكون من الممكن اكتشاف الثقوب السوداء البدائية، التي كانت ذات يوم نظرية فقط، من خلال تأثيرها على مدار المريخ، مما يوفر طريقة جديدة لدراسة المادة المظلمة، التي تشكل معظم كتلة الكون ولكنها تظل غير مرئية إلى حد كبير.
قد تكون مراقبة التغيرات في مدار المريخ مع مرور الوقت طريقة جديدة للكشف عن المادة المظلمة العابرة.
المادة المظلمة، والتي قد تكون على شكل ثقوب سوداء بدائية، قد تكشف عن وجودها من خلال تأثيرات خفية على مدار المريخ. قد تكون هذه الثقوب، التي تعتبر بقايا نظرية للكون المبكر، قابلة للاكتشاف كل عقد من الزمان أثناء مرورها عبر النظام الشمسي، مما يوفر طريقة جديدة لدراسة المادة المظلمة بعيدة المنال.
فهم المادة المظلمة: النظريات والتجارب
ويستمر علماء الفلك في محاولة فك رموز طبيعة المادة غير المرئية التي يقدر أنها تشكل حوالي 80٪ من المادة في الكون. وفقًا لإحدى النظريات، تتكون المادة المظلمة من جسيمات ضخمة تتفاعل بشكل ضعيف، بينما وفقًا لنظرية أخرى، هناك جسيمات دون ذرية تسمى الأكسيونات - وهي جسيمات دون ذرية نظرية تم اقتراحها لأول مرة في السبعينيات لحل مشكلة معينة في نظرية القوة النووية القوية ، تسمى مشكلة CP. ويعتبرون مرشحين محتملين لتفسير المادة المظلمة.
وقد نشر الفيزيائيون أجهزة كشف على الأرض لمحاولة التقاط المادة المظلمة وتحديد خصائصها. في معظم الحالات، تفترض هذه الملاحظات أن المادة المظلمة موجودة في شكل جسيم غريب قد يتشتت ويتحلل إلى جسيمات يمكن ملاحظتها أثناء مرورها عبر كاشف معين، ولكن حتى الآن لم تنجح عمليات البحث القائمة على الجسيمات.
رسم توضيحي لأحد الفنانين يصور ثقبًا أسود بدائيًا (يسارًا) يمر بالقرب من المريخ ويؤدي إلى زعزعة استقرار مداره مؤقتًا (يمين)، مع وجود الشمس في الخلفية. يقول العلماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن مثل هذا الاضطراب يمكن اكتشافه باستخدام أدوات اليوم.
الثقوب السوداء البدائية: شكل جديد من المادة المظلمة
الآن، دراسة جديدة شاركت في تأليفها سارة جيلر، زميلة ما بعد الدكتوراه في معهد سانتا كروز لفيزياء الجسيمات، تثير ما تم اقتراحه لأول مرة منذ أكثر من نصف قرن، وهو أن المادة المظلمة تمر عبر نظامنا الشمسي مرة واحدة كل عقد تقريبًا. وهذا الشكل، المعروف باسم الثقب الأسود "البدائي"، يمكن أن يسبب تذبذبًا في مدار المريخ بشرط أن تتمكن أدوات التكنولوجيا الحالية من اكتشافه.
النظرية وراء الثقوب السوداء البدائية، والتي تم اقتراحها لأول مرة في السبعينيات، تنص على أن المادة المظلمة قد تكون موجودة في شكل مجهري ناتج عن انهيار جيوب كثيفة من الغاز في الكون المبكر جدًا. ولذلك، كان من المفترض أن تكون هذه الثقوب السوداء البدائية قد تشكلت في اللحظات الأولى بعد الانفجار الكبير، وانتشرت في جميع أنحاء الكون مع توسع الكون وتبريده.
وعلى عكس الثقوب السوداء الفيزيائية الفلكية التي تتشكل من انهيار النجوم القديمة، يقول المنظرون إن الثقوب السوداء البدائية هي نتيجة لانهيار كمية هائلة من الكتلة في مساحة صغيرة. وعلى الرغم من أنها ليست مصنوعة من جزيئات، فإن معظم هذه الثقوب السوداء البدائية يمكن أن تكون صغيرة مثل ذرة واحدة وثقيلة مثل أكبر الكويكبات. يمكن الافتراض إذن أن مثل هذه العمالقة الصغيرة يمكنها ممارسة قوة جاذبية يمكن أن تمثل على الأقل جزءًا من المادة المظلمة.
استكشاف الثقوب السوداء البدائية من خلال محاكاة النظام الشمسي
وقال جيلر: "الثقوب السوداء البدائية ليست جزءًا من النظام الشمسي. بل إنها تتدفق عبر الكون، ولها "حياة" خاصة بها". "الاحتمال هو أنهم يمرون عبر النظام الشمسي الداخلي بزاوية معينة، مرة واحدة كل 10 سنوات تقريبًا."
جيلر هي خريجة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، حيث ركزت معظم وقتها على هذا البحث. أنشأ الفريق هناك محاكاة بسيطة نسبيًا للنظام الشمسي، والتي تتضمن المدارات وتفاعلات الجاذبية بين جميع الكواكب، وبعض أكبر الأقمار. بعد ذلك، قاموا بحساب العدد التقديري للمرات التي يجب أن يمر فيها الثقب الأسود البدائي عبر النظام الشمسي، بناءً على كمية المادة المظلمة المتوقع وجودها في منطقة معينة وكتلة الثقب الأسود العابر.
وفي هذه الحالة، افترضوا أنه كان ضخمًا مثل أكبر الكويكبات في النظام الشمسي، ويخضع لقيود فيزيائية فلكية أخرى. أجرى الباحثون عمليات محاكاة لثقوب سوداء ذات كتل مختلفة من الكويكبات التي تعبر النظام الشمسي، من اتجاهات مختلفة وبسرعات تبلغ حوالي 150 ميلاً في الثانية. (تعتمد الاتجاهات والسرعات على بيانات من دراسات أخرى حول توزيع المادة المظلمة في مجرتنا).
الكشف عن الثقوب السوداء البدائية: الهزة المدارية للمريخ
وركزوا على التمريرات القريبة، أو على الحالات التي أحدثت بعض التأثير على الأشياء من حولهم. وسرعان ما وجدوا أن أي تأثير على الأرض أو القمر كان غامضًا جدًا بحيث لا يمكن ربطه بثقب أسود محدد. لكن يبدو أن المريخ يقدم صورة أوضح.
ووجد الباحثون أنه إذا مر ثقب أسود بدائي على بعد بضع مئات الملايين من الأميال من المريخ، لكان من الممكن أن يتسبب اللقاء في تمايل بسيط في مدار المريخ. وفي غضون سنوات قليلة من هذا اللقاء، كان من المفترض أن يتحرك مدار المريخ قليلاً، حوالي متر واحد. وهذا زلزال صغير للغاية، مع الأخذ في الاعتبار أن النجم يبعد أكثر من 140 مليون ميل عن الأرض. ومع ذلك، يمكن اكتشاف هذه الهزة من خلال الأجهزة الدقيقة التي تراقب المريخ اليوم.
إذا تم اكتشاف مثل هذا الزلزال في العقود المقبلة، فإن الباحثين يعترفون بأنه ستظل هناك حاجة إلى الكثير من العمل للتأكد من أن الدفعة جاءت من ثقب أسود عابر وليس من كويكب عادي.
ملخص لأبحاث المادة المظلمة
وقال ديفيد كايزر، أستاذ الفيزياء وأستاذ تاريخ العلوم في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "نحن بحاجة إلى أكبر قدر ممكن من الفهم حول الضوضاء الخلفية المتوقعة، مثل سرعات وتشتت الصخور الفضائية العادية، مقارنة بهذه الثقوب السوداء البدائية". ، الذي شارك في تأليف الدراسة. "لحسن الحظ، يتتبع علماء الفلك الصخور الفضائية العادية لعقود من الزمن أثناء عبورها نظامنا الشمسي. لذلك يمكننا حساب الخصائص النموذجية لمداراتها والبدء في مقارنتها بالأنواع المختلفة جدًا من مدارات وسرعات الثقوب السوداء البدائية."
وللمساعدة في ذلك، يستكشف الباحثون إمكانية إقامة شراكة جديدة مع مجموعة تتمتع بخبرة واسعة في محاكاة العديد من الأجسام في النظام الشمسي. وقال جيلر: "نعمل حاليا على محاكاة عدد كبير من الأجسام، من الكواكب إلى الأقمار والصخور، وكيفية تحركها على مدى فترات زمنية طويلة". "نريد إضافة سيناريوهات مواجهة قريبة واختبار تأثيراتها بدقة أكبر."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
...وبعد 13 مليار سنة تقريبًا منذ الانفجار الأعظم، لم يمتصوا المادة وينمووا إلى أبعاد يمكن التعرف عليها بسهولة؟