به هرجایی در کیهان نگاه میکنیم، شواهدی برای ادغام سیاهچالههای کلانجرم میبینیم. بااینحال، مشکل این است که دقیقا مطمئن نیستیم که چگونه این کار انجام می‌شود.
گروهی از ستارهشناسان پیشنهاد کرده‌اند که شکل خاصی از ماده تاریک ممکن است کلید بازگشایی این رمز و راز کیهانی باشد.
با ما همراه باشید تا نظریه‌های مختلف پیرامون این پدیده اسرارآمیز را بررسی کنیم.
سیاهچالههای کلانجرم بزرگترین سیاهچالههای جهان هستند و وزن آنها از چند صد هزار بار تا چند صد میلیارد برابر جرم خورشید است. تقریبا هر کهکشانی در کیهان چنین سیاهچاله غولپیکری در مرکز خود دارد.
اخترشناسان معتقد هستند که این سیاهچالهها در طول میلیاردها سال از طریق جذب مواد سرگردان نزدیک خود و ادغام با سیاهچالههای غول‌پیکر دیگر به این ابعاد بزرگ رسیده‌اند.
دانشمندان با استفاده از تکنیکي رصدی به نام "آرایه زمان‌سنجی تپ‌اختر" تلاش کردند صدای پس‌زمینه امواج گرانشی را بشنوند كه ناشی از ادغام جمعیت زیادی از سیاهچالههای کلانجرم هستند. این امواج گرانشی هنگامی که سیاهچالهها در طول رویداد ادغام به‌سمت یکدیگر مارپیچ می‌شوند، منتشر می‌شوند.
ستارهشناسان نمیدانند که سیاهچالهها چگونه انرژی خود را از دست میدهند تا ادغام شوند. وقتی آنها تقریبا یک پارسک (معادل ۳.۲۶ سال نوری) از هم فاصله دارند، ماده کافی برای استفاده بهعنوان مخزن انرژی وجود ندارد و امواج گرانشی آنقدر قوی نیستند که بتوانند این کار را بهتنهایی انجام دهند.
در نتیجه، ستارهشناسان دقیقا مطمئن نیستند که فرایند ادغام چطور پیش می‌رود. مساله‌ای که به‌طور ویژه چالش‌برانگیز است، بهعنوان مشکل پارسک نهایی شناخته می‌شود.
برای اینکه دو سیاهچاله ادغام شوند، باید به یکدیگر نزدیک شوند و برای نزدیک شدن به یکدیگر باید انرژی مداری خود را از دست بدهند. در فواصل زیاد، سیاهچالهها می‌توانند انرژی مداری خود را از طریق روش‌های مختلفی از دست بدهند، مثلا برهمکنش با گاز یا ستاره‌های یک کهکشان.
وقتی فاصله سیاهچالهها از هم کم باشد، یعنی فقط چند سال نوری، هیچ ماده‌ای بین آنها باقی نمانده است ولی امواج گرانشی در آن فاصله میتواند انرژی را از سیستم خارج کند و به سیاهچالهها اجازه برخورد دهد.
مقاله جدیدی که در مجله فیزیکال ریویو لترز منتشر شد، راه‌حلی بالقوه برای این مشکل ارائه می‌دهد. نویسندگان مقاله با کمک ماده تاریک، ماده نامرئی که به‌نظر می‌رسد بر توده کهکشان‌ها تسلط دارد، به این سوال پاسخ داده‌اند.
در حالیکه شواهد قابل‌توجهی مبنی بر وجود ماده تاریک وجود دارد، از جمله سرعت چرخش کهکشان‌ها و رشد ساختارهای بزرگ در جهان، هنوز هویت ذره‌اي آن را نمی‌شناسیم. تنها چیزی که می‌دانیم این است که ماده تاریک با نور تعامل ندارد و فقط از طریق گرانش با بقیه جهان برهمکنش می‌کند.
ساده‌ترین مدل پیشنهادی برای ماده تاریک فرض می‌کند که بدون برخورد است، یعنی با خودش برهمکنش ندارد. در مقابل، در بعضی از مدل‌ها میتواند به‌طور ضعیف با خودش برهمکنش داشته باشد. این مدل‌ها بهعنوان ماده تاریک خود برهمکنش شناخته می‌شوند.
ستارهشناسان این مدل از ماده تاریک را دهه‌ها پیش بهعنوان راهی برای حل بعضی از نقص‌های ایده ماده تاریک بدون برخورد پیشنهاد کردند. مهم‌تر از همه، مدل ماده تاریک بدون برخورد با تعداد مشاهده‌شده کهکشان‌های اقماري کوتوله و چگالی هسته کهکشان‌ها مطابقت ندارد و نمی‌تواند آنها توضیح دهد.
| برای اطلاع از مقاله تلسکوپ شکستی یا بازتابی روی لینک کلیک کنید. |
«گونزالو آلونسو آلوارز»، یکی از نویسندگان این مطالعه، در بیانیه مطبوعاتی گفت: «احتمال برهمکنش ذرههای ماده تاریک با یکدیگر، فرضی است که ما کردیم. این عنصري اضافی است که در همه مدل‌های ماده تاریک گنجانده نشده است. استدلال ما این است که فقط مدل‌هایی که این عنصر اضافی را دارند می‌توانند مشکل پارسک نهایی را حل کنند.»
اخترشناسان این مطالعه متوجه شدند وقتی در مدل‌های خود ماده تاریک بدون برخورد را با ماده تاریک خود برهمکنش جایگزین کنند، مشکل نهایی پارسک حل می‌شود.
تصور بر این است که سیاهچالههای کلانجرم بهعنوان آخرین مرحله از ادغام دو کهکشان با هم ادغام می‌شوند. همان‌طور که سیاهچالههای کلانجرم وارد هسته کهکشان منفرد حاصل از ادغام می‌شوند، با چگالی بیشتری از ماده تاریک مواجه می‌شوند.
سیاهچالهها از طریق گرانش با ماده تاریک برهمکنش می‌کنند، درست مثل برهمکنش با گاز و ستاره‌ها وقتی از هم دورتر هستند. این باعث می‌شود انرژی از تکانه سیاهچاله به ذرههای ماده تاریک منتقل شود.
اگر ماده تاریک بدون برخورد باشد، ذرههای ماده تاریک این انرژی اضافی را می‌گیرند و سپس به‌سادگی به جای دیگری می‌روند. در مقابل، اگر ماده تاریک خود برهمکنش را فرض کنیم، انرژی اضافی اضافه‌شده به ذره‌ها منجر به برهمکنش‌های بیشتر می‌شود.
این به ماده تاریک اجازه می‌دهد تا بهعنوان مخزنی عمل کند که میتواند انرژی جنبشی سیاهچالهها را با نزدیک شدن به یکدیگر جذب کند. با وجود این مخزن اضافی، سیاهچالههای عظیم به‌سرعت پارسک نهایی را می‌بندند و یکدیگر را در آغوش می‌گیرند.
محققان پیش‌بینی می‌کنند که در چنین سناریویی، امواج گرانشی حاصل کمی از حالت موردانتظار در مدل ماده تاریک بدون برخورد متفاوت خواهند بود و این دقیقا همان چیزی است که ستارهشناسان با آرایه‌های زمان‌سنجی تپ‌اختر دیده‌اند.
| برای اطلاع از مقاله سیاه چاله ها روی لینک کلیک کنید. |
«جیمز کلاین»، نویسنده و استاد دانشگاه مک گیل و دپارتمان فیزیک نظری سرن درباره این موضوع گفت: «یکی از پیش‌بینی‌های پیشنهاد ما این است که طیف امواج گرانشی مشاهده‌شده توسط آرایه‌های زمان‌بندی تپ‌اختر در فرکانس‌های پایین نرم‌تر (ضعیف‌تر) خواهند بود. داده‌های فعلی به این رفتار اشاره می‌کنند و داده‌های جدید احتمالا در چند سال آینده آن را تایید کنند.»
اگرچه این کشف ماده تاریک یا راه‌حل تایید‌شده برای مشکل پارسک نهایی نیست، این مطالعه نشان می‌دهد که ماده تاریک احتمالا پیچیده‌تر از چیزی است که ساده‌لوحانه تصور میکنیم و ممکن است نقش مهمی در تکامل سیاهچالهها داشته باشد. سیاهچالهها نیز به‌نوبه‌خود ممکن است به ما کمک کنند ماهیت واقعی ماده تاریک را کشف کنیم.
«آلونسو آلوارز» درباره این موضوع می‌گوید: «کار ما راهی جدید برای کمک به درک ماهیت ذرههای ماده تاریک است. دریافتیم که تکامل مدارهای سیاهچاله به میکروفیزیک ماده تاریک بسیار حساس است و این یعنی می‌توانیم از بررسی ادغام سیاهچالههای بزرگ برای درک بهتر این ذره‌ها استفاده کنیم.»
