إحدى نظريات ستيفن هوكينج الأكثر شهرة حول المادة السوداء والتي تنص على أن هذه المادة الغامضة وغير المرئية تتكون من الثقوب السوداء البدائية primordial black holes ، عانت مؤخراً نقد قوي. يأتي هذا الاستنتاج من تلسكوب هائل التقط صورة لمجرة بأكملها في لقطة واحدة.
النتائج لا تستبعد تماما فكرة ستيفن هوكينج الشهيرة. لكنها تشير إلى أن الثقوب السوداء البدائية primordial black holes يجب أن تكون صغيرة جدًا لتفسير المادة السوداء.
صورة لمجرة أندروميدا Andromeda Galaxy تم التقاطها باستخدام Hyper-Suprime-Cam. وجدت صورة حديثة لأندروميدا إشارة واحدة فقط يمكن أن تأتي من ثقب أسود بدائي متوسط الحجم ، أو تلك الثقوب التي تشكلت بعد الانفجار الكبير مباشرة حسب نظرية ستيفن هوكينغ.
لغز المادة السوداء
المادة السوداء هي الاسم الذي يطلقه الفيزيائيون لشرح ظاهرة غامضة بشكل خاص: كل شيء في الكون يتحرك ويدور كما لو كان هناك كتلة أكبر مما يمكننا اكتشافه. تفسيرات المادة السوداء تتراوح بين أنها جسيمات النيوتريونات أو جسيمات غير معروفة ، أو نحن بحاجة إلى قوانين فيزياء جديدة. في السبعينيات ، افترض ستيفن هوكينج وزملاؤه أن الانفجار الكبير ربما يكون قد أحدث عددًا كبيرًا من الثقوب السوداء الصغيرة نسبيًا – كل واحدة بحجم البروتون. سيكون من الصعب رؤية هذه الثقوب السوداء الصغيرة القديمة ، ومع ذلك فإن لها جاذبية كبيرًة على أجسام أخرى – وهاتان هما الخاصيتان المعروفتان للمادة السوداء.
تليسكوب سوبارو في هاواي
حتى الآن ، لا يمكن اختبار هذه النظرية إلا على الثقوب السوداء البدائية التي لها كتلة أثقل من القمر. ولكن مع تحسن التكنولوجيا ، تمكن العلماء من التقاط صور أكثر وضوحًا للفضاء الخارجي. تعد الكاميرا الرقمية Hyper Suprime-Cam HSC الموجودة على تليسكوب سوبارو في هاواي تقنية متقدمة في التصوير التي يمكنها التقاط صورة لكامل مجرة أندروميدا Andromeda (أقرب مجرة لنا) في لقطة واحدة. استخدم ماساهيرو تاكادا Masahiro Takada وفريقه في معهد Kavli للفيزياء والرياضيات في الكون في اليابان هذه الكاميرا للبحث عن الثقوب السوداء البدائية ؛ وقد نُشرت النتائج في وقت سابق من هذا الشهر في مجلة Nature Astronomy.
الثقوب السوداء لا تُشع الضوء ، على الرغم من أن الثقوب السوداء الهائلة مثل تلك الموجودة في قلب المجرة Messier 87 ، مُحاطة بأقراص مشعّة من البلازما. ومع ذلك ، فإن الثقوب السوداء البدائية أصغر بمقدار مليارات المرات ، ولا توجد أي مواد مرئية ومتوهجة تحيط بها.
عدسة الجاذبية المجهرية
بدلاً من ذلك ، فإن البحث عن الثقوب السوداء الصغيرة يعني البحث عن الأماكن التي تنحرف فيها حقول الجاذبية القوية – وهي ظاهرة تسمى عدسة الجاذبية المجهرية microlensing .
تعثر التلسكوبات على الثقوب السوداء البدائية التي ينتج عنها ظاهرة عدسة الجاذبية المجهرية microlensing ، عن طريق التقاط العديد من الصور المختلفة لنجم معين على مدى من الوقت. فإذا مر ثقب أسود أمام هذا النجم فإنه سوف يُسبب تشّوه ضوء النجم كوميض . وكلما كان الثقب الأسود أصغر ، كلما كان الوميض أسرع . يقول تاكادا “إذا كان للجسم الذي يٌسبب الوميض ، فلنقل كتلة شمسية واحدة ، فإن وقت مرور هذا الوميض [عدسة الجاذبية المجهرية] يعادل بضعة شهور أو سنة. ” لكن الثقوب السوداء البدائية التي كانوا يبحثون عنها كانت تحتوي على جزء صغير فقط من تلك الكتلة ، أي كتلة القمر تقريبًا. هذا يعني أن ومضاتهم ستكون مدتها أقصر بكثير. وقال تاكادا إن HSC “فريد من نوعه” ، لأنه سمح لهم بالتقاط صور لجميع النجوم في مجرة أندروميدا في وقت واحد ، في فترات تعريض سريعة للغاية (بالنسبة لعلماء الفلك) بدقيقتان فقط لكل فترة.
النقد
التقط تاكادا وفريقه حوالي 200 صورة لمجرة أندروميدا على مدار 7 ساعات في ليلة صافية. وجدوا فقط حدث واحد لظاهرة عدسة الجاذبية المجهرية microlensing . وقال تاكادا إنه إذا كانت الثقوب السوداء البدائية تشكل جزءًا كبيرًا من المادة السوداء ، فمن المفترض أن يشاهدوا ما يقرب من 1000 إشارة للظاهرة.
وقال سيمون بيرد Simeon Bird ، عالم فيزياء الثقوب السوداء بجامعة كاليفورنيا ، و الذي لم يشارك في العمل: “عدسة الجاذبية المجهرية microlensing هي المعيار الذهبي لاكتشاف الثقوب السوداء أو استبعادها”. “هذا العمل يستبعد اعتبار الثقوب السوداء البدائية كمادة سوداء ، بحيث أن هذه النتيجة الجديدة أقوى من أكثر من نقد سابق ، إنها نتيجة جيدة جدا.”
هل نظرية هوكينغ ميتة بالفعل ؟!
هل كان هذا هو المسمار الأخير في التابوت؟ ليس حقا ، حسب بيرد وتاكادا ، الذين يقولون إن الثقوب السوداء البدائية التي لها مستوى معين من الكتلة، ما زالت مرشحة لتأكيد فرضية هوكينغ.
مصادر
One of Stephen Hawking’s Most Famous Theories About Black Holes Just Suffered a Huge Blow.
Microlensing constraints on primordial black holes with Subaru/HSC Andromeda observations