من الممكن أن تخترق “رصاصات” الثقب الأسود البدائي التي تسافر بسرعة 7000 مرة سرعة الصوت نظامنا الشمسي، ويمكن أن تسبب تمايلًا صغيرًا في حركة المريخ. وفي نهاية المطاف، فإن قياس هذا التذبذب يمكن أن يساعد في حل أحد أكثر الألغاز إلحاحًا في العلوم: الطبيعة الحقيقية للمادة المظلمة.
ويعتقد العلماء أن الثقوب السوداء البدائية تشكلت في بداية الزمن. تختلف هذه الأجسام كثيرًا عن ما يسمى بـ “الثقوب السوداء الفيزيائية الفلكية” مثل القوس A* (Sgr A*) الموجود في مركز درب التبانة. على سبيل المثال، تبلغ كتلة Sgr A* حوالي 4.3 مليون بدلاً من الشمس، يُفترض أن تكون الثقوب السوداء البدائية بحجم كويكب أو قمر صغير، وأصغر بكثير من الذرات.
ويعتقد بعض العلماء أن مزيج هذه الثقوب السوداء الصغيرة قد يكون سببًا للمادة المظلمة، وهي “الأشياء” الأكثر غموضًا في الكون. ومع ذلك، يرى آخرون أن الثقوب السوداء البدائية قد تبخرت منذ فترة طويلة من خلال انبعاث يسمى “إشعاع هوكينج”، مما يعني أنه لا يمكن أن تكون موضع شك في وجود المادة المظلمة في الكون الحديث. والآن، تقترح مجموعة من علماء الفيزياء طريقة لتسوية هذا الجدل: من خلال الملاحظات التفصيلية للمريخ.
يقترح العلماء أنه إذا كانت الثقوب السوداء البدائية تنتج مادة مظلمة، فيجب أن تتسابق عبر النظام الشمسي مرة واحدة على الأقل كل عقد. قد يتسبب هذا التحليق في حدوث “نتوء” في مدار المريخ يمكن اكتشافه باستخدام التكنولوجيا الحالية، وذلك بفضل توثيقنا الدقيق لمدار الكوكب الأحمر.
متعلق ب: الصورة الجديدة لكاميرا الطاقة المظلمة لمسبارات المجرات في Dark Matter Central
“من خلال عقود من القياس الدقيق عن بعد، يعرف العلماء المسافة بين الأرض والمريخ في حدود حوالي 10 سنتيمترات. [3.9 inches]قال عضو اللجنة ديفيد كايزر، أستاذ تاريخ العلوم في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في جيرمسهاوزن. قال في بيان“نحن نستفيد من هذه المساحة ذات الأدوات العالية لمحاولة رؤية تأثير بسيط.
“إذا رأينا ذلك، فسيكون سببًا حقيقيًا لمتابعة هذه الفكرة السعيدة، وهي أن الثقوب السوداء جميعها تشكلت خلال ثانية واحدة بعد الانفجار الكبير، ولها ثقوب سوداء تدور حول الكون بعد 14 مليار سنة”.
المشكلة الكبيرة هي؛ حل صغير
لفهم سبب كون المادة المظلمة مشكلة كبيرة للفيزيائيين، ضع في اعتبارك أنها تفوق عدد الجسيمات “اليومية” بنسبة خمسة إلى واحد. وهذا يعني أن كل نجم، وكوكب، وقمر، وكويكب، وسحابة غازية، وصاروخ، وقمر صناعي، ومركبة فضائية تقرأ عنها على موقع Space.com تمثل أقل من 20% من إجمالي كتلة الكون.
يعرف العلماء أن المادة المظلمة لا يمكن أن تتكون من ذرات بها بروتونات ونيوترونات وإلكترونات. لأن تلك الجسيمات تتفاعل مع الضوء، أو بشكل أكثر دقة، مع الإشعاع الكهرومغناطيسي. لا تتفاعل المادة المظلمة مع الضوء، وإذا حدث ذلك، فإن هذا التفاعل يحدث بشكل ضعيف جدًا بحيث لا يمكن اكتشافه. وهذا يجعل المادة المظلمة غير مرئية بالنسبة لنا بشكل فعال. بدلًا من ذلك، لا يمكن للعلماء استنتاج وجود المادة المظلمة إلا من خلال التفاعل مع الجاذبية وكيفية تأثير هذا التفاعل على الضوء والمادة العادية، مثل 642 مليون تريليون طن متري التي يتكون منها المريخ!
حتى الآن، ركز البحث عن المرشحين للمادة المظلمة على الجسيمات غير المكتشفة بعد. ومع ذلك، نظرًا لأن عمليات البحث هذه أصبحت أكثر تعقيدًا (ولكنها لا تزال تظهر خالي الوفاض)، يعود العلماء بشكل متزايد إلى فكرة تم اقتراحها لأول مرة في السبعينيات: أن المادة المظلمة ليست جسيمًا، بل هي بقايا ثقوب سوداء صغيرة. .الانفجار العظيم
لا تتشكل هذه الثقوب السوداء البدائية من انهيار النجوم الضخمة مثل الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية، كما أنها لا تشكل سلسلة مندمجة من أزواج الثقوب السوداء المتزايدة الكتلة مثل الثقوب السوداء فائقة الكتلة. وبدلاً من ذلك، فإن الثقوب السوداء البدائية، لو كانت موجودة، لكانت قد تشكلت من جيوب من الغاز الكثيف في الكون المبكر، عندما كان التوسع السريع للكون قد وزعها في جميع أنحاء الفضاء.
لقد بدأ الأمر بفكر خامل بالنظر إلى تأثير الجاذبية لمثل هذا الثقب الأسود البدائي.
وقال دونج تران، قائد الفريق، وهو طالب دراسات عليا في جامعة ستانفورد: “أعتقد أن أحدهم سألني عما سيحدث إذا دخل ثقب أسود بدائي إلى جسم الإنسان”. قال في بيان.
من هذا السؤال، حسب تران أنه إذا اقترب ثقب أسود بكتلة كويكب من مسافة 3.2 قدم (متر واحد) من شخص ما، فإن القوة التي سيبذلها ستدفع الشخص مسافة 20 قدمًا (6 أمتار) في لحظة. فلماذا لا يحدث هذا لحسن الحظ أبدًا؟ حسنًا، وجد تران أيضًا أن احتمالات اقتراب ثقب أسود بدائي من أي شخص على الأرض ضئيلة للغاية.
فكر تران في إثارة الفضول، ومن أجل زيادة احتمالات حدوث مثل هذا التفاعل، ستحتاج إلى جسم بحجم وعرض أكبر من الشخص. ولكن كلما زاد حجم الجسم، قل التأثير.
ثقب أسود بدائي يلتقي بالمريخ
عادت الطائرة بدون طيار لأول مرة إلى نظامنا الأرضي/القمر.
وقال تران: “لقد توسعنا لنرى ما سيحدث إذا مر ثقب أسود بالقرب من الأرض وهز القمر قليلاً”. “الأرقام التي حصلنا عليها ليست واضحة تماما. هناك العديد من الديناميكيات الأخرى في النظام الشمسي التي يمكن أن تكون بمثابة نوع من الاحتكاك الذي يخفف من التذبذب.”
ولتوضيح هذه الصورة المتطورة، أنشأ الباحثون محاكاة بسيطة للنظام الشمسي تأخذ في الاعتبار تفاعلات الجاذبية بين الكواكب وأكبر الأقمار في الفناء الخلفي للكون.
وقال بنجامين ليمان، عضو الفريق وزميل معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بابالاردو: “تتضمن عمليات المحاكاة المتطورة للنظام الشمسي أكثر من مليون جسم، لكل منها تأثير متبقي صغير”. قال في بيان. “ولكن حتى بعد نمذجة بضع عشرات من الأشياء في عمليات محاكاة دقيقة، يمكننا أن نرى أن هناك تأثيرًا حقيقيًا يمكننا اكتشافه.”
ونظرًا لكمية المادة المظلمة المقدرة بوجودها في منطقة الفضاء حول الشمس، قدر الفريق عدد المرات التي سيمر فيها الثقب الأسود البدائي نظريًا عبر النظام الشمسي.
وقالت سارة كيلر، عضو الفريق وباحثة ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز: “الثقوب السوداء البدائية لا تعيش في النظام الشمسي. وبدلا من ذلك، فهي تدور في الكون، وتفعل أشياءها الخاصة”. والاحتمال هو أنهم يمرون عبر النظام الشمسي الداخلي بزاوية معينة كل 10 سنوات.”
ومن خلال حساب نسبة مسارات الثقوب السوداء البدائية والنظر في كتلة الكويكبات المرشحة للمادة المظلمة، استنتج الفريق أن هذه الثقوب السوداء الصغيرة سوف تتسارع عبر النظام الشمسي بسرعة 5.4 مليون ميل في الساعة، أو حوالي 7000 ضعف تلك السرعة. بنفس سرعة الصوت.
ومن خلال التركيز على “اللقاءات القريبة” بين هذه الثقوب السوداء المتسابقة وأجسام النظام الشمسي، وجد الفريق أن المريخ قدم في الواقع هدفًا أفضل من الأرض أو القمر – على الأقل رسم صورة أفضل للتفاعلات التي كان الفريق مهتمًا بها.
ووجد الفريق أنه إذا مر ثقب أسود بدائي على بعد بضع مئات الملايين من الأميال من المريخ، فإنه سيؤدي إلى انحراف في مدار الكوكب الأحمر. ولتوضيح مدى صغر هذا الأمر، فإن المريخ يبعد أكثر من 140 مليون ميل عن الأرض، وهي مسافة أكبر بـ 225 تريليون مرة من التأثير المقترح.
وعلى الرغم من ذلك، يعتقد الفريق أن أدوات مراقبة المريخ الحالية يمكنها بالفعل اكتشاف مثل هذا الانحراف البسيط.
ومع ذلك، حتى لو تم اكتشاف هذا الانحراف في العقود القليلة المقبلة، فإن العلماء بحاجة إلى تأكيد أنه نتج بالفعل عن ثقب أسود بدائي وليس كويكبًا عابرًا بنفس الكتلة.
وقال كايزر: “نحن بحاجة إلى أكبر قدر ممكن من الوضوح بشأن الخلفيات المتوقعة، مثل السرعات والتوزيعات النموذجية للصخور الفضائية المملة مقابل هذه الثقوب السوداء البدائية”. “لحسن الحظ بالنسبة لنا، ظل علماء الفلك يتتبعون الصخور الفضائية العادية عبر نظامنا الشمسي منذ عقود، حتى نتمكن من البدء في حساب الخصائص العامة لمساراتها ومقارنتها بالمسارات والسرعات المختلفة للثقوب السوداء البدائية. للمتابعة”.
وقال مات كابلان، الأستاذ المساعد في الفيزياء بجامعة ولاية إلينوي والذي لم يشارك في الدراسة: “لقد اقترحوا هذا الاختبار الأنيق للغاية، ويمكن أن يخبرنا ما إذا كان الثقب الأسود الهائل أقرب مما ندرك”. تقرير. “يجب أن أؤكد أن هناك القليل من الحظ. وسواء كان البحث سينتج عنه إشارة عالية وواضحة أم لا، فهذا يعتمد على المسار الدقيق للثقب الأسود الذي يتجول عبر النظام الشمسي.
“والآن بعد أن أثبتوا صحة هذه الفكرة من خلال عمليات المحاكاة، فإنهم بحاجة إلى القيام بالجزء الصعب – التحقق من صحة البيانات الحقيقية.”
نُشرت ورقة الفريق يوم الثلاثاء (17 سبتمبر) في المجلة الفحص البدني د.
