رمز و راز ماده تاریک؛ آیا سیاهچاله هایی به اندازه اتم این معما را حل می کنند؟

حدود 14 میلیارد سال پیش، زمانی که ساعت فضایی شروع به تیک تاک کرد، فضا هنوز یک بسته فشرده، داغ و عجیب از ماده کیهانی بود. ستاره ها هنوز نمی چرخیدند، سیارات متولد نمی شدند و ذرات در جهات مختلف در هر شکل و اندازه ای حرکت می کردند. هرج و مرج مطلق!

در میان این بی قانونی، جایی بین گرد و غبار ستاره ای، ممکن است چندین بسته ناپایدار، فوق فشرده و بسیار کوچک از این ماده قابل اشتعال فرو ریخته باشد. اگر این اتفاق بیفتد، من با انبوهی از سیاهچاله‌های جدید پراکنده می‌شوم که هر کدام کوچکتر از یک اتم هستند.

اما اجازه ندهید این کره های کوچک مخرب شما را فریب دهند. سیاهچاله ای به اندازه نصف یک توپ گلف جرمی برابر با جرم زمین دارد. حتی سیاه‌چاله‌های میکروسکوپی، با جرم‌های قابل مقایسه با سیارک‌ها، دائماً هر چیزی را که در مسیرشان باشد مصرف می‌کنند و نابود می‌کنند.

به آهستگی، با انبساط جهان، توده‌های این سیاه‌چاله‌ها شاهد ظهور و سقوط منظومه‌های سیاره‌ای بودند و حتی ممکن است از نقطه‌ای از جهان که میلیاردها سال پیش در آن قرار داریم، عبور کرده باشند.

در نهایت، این سیاهچاله های کوچک از یکدیگر دور می شوند. اما اگر آنها در گذشته وجود داشتند، احتمالاً دانشمندان هنوز در کهکشان ها پرسه می زدند. دانشمندان بر این باورند که آنها آخرین سرنخ ما از “ماده تاریک” (شاید بزرگترین راز در جهان) هستند.

تلاش برای شناسایی ماده تاریک، این ذره یا نیروی عجیب و نامرئی که به نوعی جهان را به هم متصل می کند، اغلب متوقف می شود. حل این معما در واقع نیازمند یافتن ماده تاریک است.

بنابراین برای اطمینان از اینکه این فرضیه ابتکاری متوقف نخواهد شد، باید نسخه های نامرئی و مینیاتوری سیاهچاله ها را پیدا کنیم. اما چگونه در حالی که در دسترسی به تجهیزات شناسایی اجسام قابل مشاهده و بسیار سنگین مشکلات زیادی داریم. اینجاست که «ماه» وارد می شود.

مت کاپلان، استادیار فیزیک در دانشگاه ایلینویز و یکی از نظریه پردازان مطالعه ای که در ماه مارس منتشر شد، معتقد است که اگر هویت ماده تاریک واقعاً توسط این سیاهچاله های کوچک قابل توضیح باشد، پس آن سیاهچاله ها سوراخ ها ممکن است در نقطه ای ماه را بمباران کنند.

بله شما آن را درست خواندید؛ ماه ممکن است توسط سیاهچاله هایی به اندازه اتم بمباران شده باشد. اگر یک قدم جلوتر برویم، جای زخم‌هایی که به ماه زده‌اند، باید همچنان روی ماه باشد. اگر این اثرات ثابت شوند، معمای ماده تاریک دیگر غیر قابل حل خواهد بود. حتی ممکن است زمین از این سیاهچاله ها مراقبت کرده باشد.

اما ماده تاریک دقیقا چیست؟

یک فیزیکدان نظری از موسسه کانادایی اخترفیزیک نظری، که این مقاله را با کاپلان نوشته است، می گوید:

تعریف قابل فهم تر و دقیق تر از ماده تاریک، ماده نامرئی است. با نور تعامل نمی کند، آن را بازتاب نمی کند و نور تولید نمی کند.

انرژی تاریک که عامل اصلی سرعت بخشیدن به انبساط کیهان است، 68 درصد کیهان را تشکیل می دهد. این عدد برای ماده تاریک 27 درصد است که این سرعت را کاهش می دهد. این بدان معنی است که کمتر از 5 درصد از جهان قابل مشاهده است و از انرژی و ماده استانداردی تشکیل شده است که ما روی زمین به آن عادت کرده ایم.

  یخچال فریزر جدید شیائومی با برند MIJIA با طراحی شیشه شفاف و ظرفیت 630 لیتر عرضه می شود.

اجزای جهان

ماده تاریک، اگرچه نمی توانیم آن را ببینیم، اما به اندازه کافی حیله گر نیست که بتواند آثار خود را پنهان کند. سارا شاندرا، دانشیار فیزیک و مدیر مؤسسه گرانش و فضا در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، می‌گوید نحوه حرکت اجرام اخترفیزیکی در جهان وجود ماده تاریک را اثبات می‌کند.

به عبارت دیگر، ستاره شناسان معتقدند که ماده تاریک جهان را سریعتر از آنچه محاسبات آنها نشان می دهد، در حال گسترش است. چاندرا همچنین شواهد بی شماری را برای اثبات وجود ماده تاریک در جهان ذکر می کند. تنها مشکل این است که نامرئی است.

اما در این دنیا همه چیز اثر خود را به جا می گذارد. اگر به قول کاپلان و یالنوویچ، یک سیاهچاله کوچک واقعاً به ماه برخورد کند، اثرات آن را خواهیم دید. گفته می شود که این برخورد دهانه های کوچکی به عرض چندین متر با اشکال و ویژگی های متفاوت از برخوردهای معمول سیارک ایجاد می کند.

بنابراین، کاپلان و یالینوویچ استدلال می کنند که اگر ماه را مطالعه کنیم و دهانه هایی را پیدا کنیم که با توصیف برخورد سیاهچاله مینیاتوری مطابقت دارند، وجود این سیاهچاله های کوچک را از جهان اولیه ثابت می کنیم.

به گفته شانندرا، یکی از هشدارهای این نظریه این است که ستاره شناسان هنوز نوسانات فوق کوچک و ابتدایی جهان را که برای ایجاد سیاهچاله های اولیه و میکروسکوپی مورد نیاز است، مطالعه نکرده اند. در عوض، آنها چنین اختلالاتی را در مقیاس بزرگتر مطالعه می کنند. او همچنین خاطرنشان می کند که مفهوم سیاهچاله های اولیه، میکروسکوپی یا غیر میکروسکوپی، هنوز دارای ابهاماتی است که باید روشن شود. او می گوید:

به نظر نمی رسد ماده تاریک به راحتی در چارچوب فعلی ما قرار گیرد. اما شاید ما از چارچوب اشتباه استفاده می کنیم.

تحقیق در مورد علم سیاهچاله های میکروسکوپی

این نظریه بلندپروازانه سه سال پیش زمانی که کاپلان یک سوال ساده از یالنویچ پرسید، ظهور کرد. آیا می توانید از شکل مدار به دور ماه تشخیص دهید که این یک برخورد معمولی است یا برخورد یک جسم فشرده مانند یک سیاهچاله؟

یالینوویچ پاسخی برای این سوال نداشت، اما دو سال بعد ناگهان چیزی به ذهنش رسید. او متوجه شد که در نحوه پخش شدن مواد وقتی چیزی روی آن می افتد تفاوت وجود دارد. اگر یک سکه را روی گرد و غبار بگذاریم، ذرات گرد و غبار به سمت بالا می افتند، سپس دور لبه سکه می افتند. دهانه ها هم همین کار را می کنند. سیارک هایی که به سطح ماه می افتند غرق می شوند و تپه ای ایجاد می کنند که اطراف محل برخورد باریک می شود و ظاهری توخالی به آن می دهد.

کاپلان می گوید:

از آنجایی که سیاهچاله ها هنگام برخورد تمام انرژی خود را درست روی سطح ماه ذخیره نمی کنند، در ماه فرو می روند و انرژی را در امتداد یک نوار ذخیره می کنند. مانند حفر چاه، پر کردن آن با ستونی از دینامیت و سپس منفجر کردن آن.

اگرچه هنوز شبیه به دهانه های گردی است که می شناسیم، تپه اطراف لبه دهانه های مختلف شیب دارتر و بلندتر خواهد بود. یک سیاهچاله (مثل یک گلوله) نیز هنگام بیرون آمدن ماه، زخمی در آن سوی ماه به جای می گذارد.

  سردترین جای دنیا کجاست؟ - زومیت

به گفته یالینوویچ، جرم این سیاهچاله ها از 10 تا 17 تا 10 تا 23 گرم متغیر است. تیم تحقیقاتی معتقد است سیاهچاله ها که کمی کوچکتر هستند، اشعه ایکس قابل تشخیص ساطع می کنند یا به طور کامل ناپدید می شوند. جالینوویچ می گوید: «به همین دلیل است که مقاله ما بسیار قابل توجه است. ما حدی را ثابت می کنیم که با روش های دیگر قابل اثبات نیست».

اما فقط ماه نیست که می توان ضربه زد. یالینوویچ می گوید: «در اصل، هیچ چیز خاصی در مورد ماه وجود ندارد. تنها دلیلی که ما ماه را مطالعه می کنیم این است که ماه به خوبی مطالعه شده است. برخی از قمرهای نپتون، مشتری یا عطارد نیز می توانند نامزدهای خوبی باشند. این سیاهچاله های کوچک ترسناک می توانند به زمین اصلی برخورد کنند، اما جو سیاره ما مدت ها قبل از رسیدن انسان از آنها در برابر این شوک ها محافظت کرده است. به گفته کاپلان، فرسایش سطح زمین احتمالاً تمام شواهد یک برخورد احتمالی را پاک کرده است.

این بدان معناست که چون جو ما هنوز عملکرد خود را از دست نداده است (مگر اینکه تغییرات آب و هوایی آینده متفاوتی را برای جو ترسیم کند)، زمین همچنان از سیاهچاله های کوچک در امان است. در هر صورت، محققان پیشنهاد می کنند که این نوزادان اخترفیزیکی زمانی آنقدر در جهان پراکنده بودند که بعید است یکی از آنها به ما برخورد کند.

سفر به ماه

کاپلان و یالنوویچ برای تقویت نظریه منحصر به فرد خود به اقدامات حمایتی نیاز دارند. دوباره از ماه دیدن کنید.

آنها می گویند که چون این سیاهچاله ها دارای اثر گرانشی فوق العاده (غیرقابل درک برای ذهن انسان) هستند، خواص مواد اطراف محل برخورد را تغییر داده اند. بمب های هسته ای نیز به همین شکل عمل می کنند. اولین آزمایش بمب در سال 1945 نشان داد که ماسه نزدیک محل انفجار به شیشه تبدیل شده است.

کاپلان می گوید:

در اطراف دهانه‌های سیاهچاله‌ها می‌توان گرد و غبار حاصل از فازهای مختلف کوارتز و سیلیکات را مشاهده کرد که در برخوردهای معمولی تولید نمی‌شود. برخورد سنگ با سنگ گرمای لازم برای این تغییرات را تامین نمی کند.

اما یافتن این مواد تغییر یافته مستلزم آن است که فضانوردان نمونه هایی را از سطح ماه برگردانند یا یک کاوشگر به ماه بفرستند که می تواند مانند روش کار فضانوردان از سنگ ها نمونه برداری کند. ناسا از دهه 1970 کسی را به ماه نفرستاده است، اما در طول این دهه تلاش کرد تا با مأموریت آرتمیس به ماه بازگردد.

با این حال، کاپلان می گوید، قبل از این مرحله، اولین گام استفاده از ابر رایانه ها و تجزیه و تحلیل ساختار دهانه های ماه روی زمین است. با این حال، یالنوویچ تاکید می کند که قصد دارد دیدگاه جدیدی به جامعه علمی ارائه دهد. او گفت: زمانی که دانشمندان به ماده تاریک فکر می کنند، اغلب بر تلاش برای توسعه روش های موجود تمرکز می کنند. به ندرت سعی می کنید خارج از چارچوب فکر کنید.

نظریه های موجود در مورد ماده تاریک و فراتر از آن

نظریه کاپلان و یالنوویچ تنها یکی از بسیاری از فرضیه هایی است که فیزیکدانان برای توضیح ماده تاریک ارائه کرده اند. کاپلان می‌گوید که بحث توصیف ماده تاریک، همراه با اجرام کوچک اخترفیزیکی مانند سیاه‌چاله‌های میکروسکوپی، که او پیشنهاد کرد، همچنین ذرات سنگین با برهمکنش ضعیف (WIMPS) را مورد بحث قرار می‌دهد که تصور می‌شود هزاران بار سنگین‌تر از پروتون هستند.

  اپل احتمالا در حال آماده شدن برای ورود کامل به صنعت بازی است

هنوز هیچ ذره سنگین با اندرکنش کم شناسایی نشده است. به همین دلیل دیگر بحث داغی در این زمینه نیستند. کاپلان دو ذره بنیادی دیگر را معرفی می کند که برای حل این معما از آنها استفاده شده است: «عمل» و «نوترینو». متأسفانه، از آنجایی که نوترینوها ذرات بنیادی بسیار پرانرژی هستند، ممکن است انتخاب خوبی برای توضیح ماده تاریک نباشند. اما کنش اکنون در خط مقدم تحقیقات ماده تاریک قرار دارد.

کاپلان گفت: “در حالی که محققان در دفاع از هر یک از این نامزدها اغراق می کنند، من شخصا از همه آنها به درجات مختلف حمایت می کنم.” اما ممکن است بخش عمده ای از مشکل را از دست داده باشیم.»

شاندرا همچنین روی نامزدهای جدیدی برای استفاده در توصیف ماده تاریک کار کرده است. او معتقد است که تحقیقات در مورد خواص منحصر به فرد سیاهچاله ها که می توانیم پیدا کنیم ممکن است نشان دهد که برخی از آنها در واقع از چیزهای مرموز و پنهان تشکیل شده اند. تئوری او این است که مانند مدل استاندارد مورد قبول ماده معمولی، ماده تاریک مدل شیمیایی خاص خود را دارد. این بدان معنی است که ماده تاریک می تواند ترکیب شود و اتم ها را تشکیل دهد، سرد شود و در واکنش های دیگر شرکت کند. از نظر تئوری، سقوط در سیاهچاله نیز امکان پذیر است.

شاندرا می گوید:

اگر ماده تاریک بتواند خنک شود، به این معنی است که چیزی شبیه هیدروژن درون آن وجود دارد. در نتیجه می تواند در برخی مناطق اجسام متراکم تشکیل دهد.

سیاهچاله هایی که از ماده تاریک سرچشمه می گیرند احتمالا کوچکتر از حد پایینی هستند که دانشمندان برای اندازه سیاهچاله در نظر گرفته اند (حد چاندراشار). شاندرا می گوید: «از آنجایی که این حد معمولاً بر اساس جرم پروتون محاسبه می شود، اگر یک مدل ماده تاریک بسیار شبیه به مدل استاندارد داشته باشید (به جز اینکه پروتون سنگین تر است)، سیاهچاله ها می توانند بسیار کوچکتر باشند. “این نسبت معکوس دارد.”

اگرچه یافتن یک سیاهچاله کوچک می تواند تحقیقات شاندرا را به طور کامل ثابت کند، اما او گفت که یافتن ردپایی از یک سیاهچاله ساخته شده از ماده تاریک کافی است. این سیاهچاله ممکن است نتیجه فرآیندهای خنک کننده تاریک باشد. جالب است بدانید که اگر به این روند مداوم ادامه دهیم و به دنبال یافتن چیزی نباشیم، در واقع ماهیت ماده تاریک را محدود کرده ایم.

حتی اگر هرگز نتوانیم پاسخ این معما را پیدا کنیم و برخورد سیاهچاله هایی به اندازه اتم به سطح ماه راهگشا نباشد، ماموریت ماده تاریک تا پایان جهان ادامه خواهد داشت. تا آن زمان، جهان طبق جدول زمانی خطی خود به جلو حرکت خواهد کرد. سرانجام، مدت ها پس از رفتن بشریت، روزی فرا می رسد که تمام ستارگان آن خواهند مرد، دیگر سیاره ای وجود نخواهد داشت، سیاهچاله ها فضا را نمی ترسانند و همه چیز به اندازه ماده تاریک نامرئی خواهد بود.

دیدگاهتان را بنویسید