نشانه‌های قوی انرژی تاریک در سیاه‌چاله‌ها پیدا شد

نظریه جدید در مورد انرژی تاریک و سیاه‌چاله‌ها

تقریباً ۱۴ میلیارد سال پیش، در آغاز بیگ بنگ، یک انرژی مرموز باعث گسترش نمایی جهان نوپا شد و تمام ماده‌های شناخته‌شده را تولید کرد. این نظریه که به عنوان نظریه جهان تورمی شناخته می‌شود، بیان می‌کند که آن انرژی با ویژگی‌های کلیدی انرژی تاریک کنونی، که بزرگ‌ترین معما در زمان ماست، مشترک است. انرژی تاریک تقریباً ۷۰٪ از جهان را تشکیل می‌دهد، اما دانشمندان دقیقاً نمی‌دانند که چیست.

گریگوری تارل، استاد فیزیک در دانشگاه میشیگان و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: “اگر از خود بپرسید که ‘کجا در جهان بعدی، گرانش به اندازه‌ای قوی است که در آغاز جهان بود؟’ پاسخ در مرکز سیاه‌چاله‌هاست.” او افزود: “این امکان وجود دارد که آنچه در طول تورم اتفاق افتاده، به صورت معکوس عمل کند؛ ماده یک ستاره بزرگ در حین فروپاشی گرانشی دوباره به انرژی تاریک تبدیل می‌شود – مانند یک بیگ بنگ کوچک که به صورت معکوس اجرا می‌شود.”

تحقیقات جدید و داده‌های DESI

در یک مطالعه جدید که در مجله کیهان‌شناسی و فیزیک ذرات منتشر شده است، تارل و همکارانش از پنج مؤسسه مختلف، با استفاده از داده‌های اخیر از ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریک (DESI)، به تقویت این سناریو پرداخته‌اند. DESI شامل ۵۰۰۰ چشم رباتیک است که بر روی تلسکوپ مایال در رصدخانه ملی کیت پیک واقع در سرزمین ملت توهونوی اودام نصب شده است.

کِوین کروکر، نویسنده اصلی این مطالعه و دانشمند پژوهشگر در دانشگاه ایالت آریزونا، گفت: “اگر سیاه‌چاله‌ها حاوی انرژی تاریک باشند، می‌توانند با جهان در حال گسترش ارتباط برقرار کرده و با آن رشد کنند که این باعث تسریع در گسترش جهان می‌شود.” او افزود: “ما نمی‌توانیم جزئیات چگونگی این اتفاق را مشخص کنیم، اما شواهدی داریم که نشان می‌دهد این امر در حال وقوع است.”

شواهدی از افزایش چگالی انرژی تاریک

داده‌های سال اول از برنامه پنج‌ساله نظرسنجی DESI نشان‌دهنده شواهد جذابی است که نشان می‌دهد چگالی انرژی تاریک در طول زمان افزایش یافته است. این موضوع سرنخی قانع‌کننده برای حمایت از ایده انرژی تاریک به شمار می‌رود، زیرا این افزایش در زمان با افزایش مقدار و جرم سیاه‌چاله‌ها همخوانی دارد.

استیو آهلن، یکی از نویسندگان این تحقیق و استاد بازنشسته فیزیک در دانشگاه بوستون، گفت: “وقتی برای اولین بار در این پروژه شرکت کردم، بسیار بدبین بودم. اما در طول کل فرآیند ذهنم را باز نگه داشتم و وقتی شروع به انجام محاسبات کیهان‌شناسی کردیم، گفتم: ‘خوب، این واقعاً یک مکانیزم خوب برای تولید انرژی تاریک است.’

نقش DESI در جستجوی انرژی تاریک

برای جستجوی شواهدی از انرژی تاریک در سیاه‌چاله‌ها، تیم تحقیقاتی از ده‌ها میلیون کهکشان دوردست که توسط DESI اندازه‌گیری شده‌اند، استفاده کرد. این ابزار به میلیاردها سال به گذشته نگاه می‌کند و داده‌هایی جمع‌آوری می‌کند که می‌تواند برای تعیین سرعت گسترش جهان با دقت فوق‌العاده استفاده شود.

تحقیقات جدید درباره انرژی تاریک و سیاه‌چاله‌ها

این داده‌ها می‌توانند برای استنباط تغییرات مقدار انرژی تاریک در طول زمان مورد استفاده قرار گیرند. تیم تحقیقاتی این داده‌ها را با تعداد سیاه‌چاله‌هایی که در اثر مرگ ستاره‌های بزرگ در تاریخ جهان شکل گرفته‌اند، مقایسه کرد. دانکن فراه، استاد فیزیک در دانشگاه هاوایی و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: “این دو پدیده با یکدیگر سازگار بودند – به طوری که با مرگ ستاره‌های بزرگ، سیاه‌چاله‌های جدیدی شکل می‌گرفتند و مقدار انرژی تاریک در جهان به شکل مناسبی افزایش می‌یافت.” او افزود: “این موضوع احتمال اینکه سیاه‌چاله‌ها منبع انرژی تاریک باشند را بیشتر می‌کند.”

این تحقیق به مجموعه‌ای رو به رشد از ادبیات علمی که به بررسی امکان پیوند کیهانی در سیاه‌چاله‌ها می‌پردازد، کمک می‌کند. یک مطالعه در سال 2023 که شامل بسیاری از نویسندگان این مقاله بود، پیوند کیهانی را در سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده بزرگ در مراکز کهکشانی گزارش کرد. این گزارش در سال 2023 دیگر تیم‌ها را تشویق کرد تا به دنبال این اثر در سیاه‌چاله‌ها در تمام نقاطی که می‌توانند در جهان یافت شوند، بگردند. برایان کارترایت، اخترفیزیکدان و یکی از نویسندگان این مقاله، گفت: “این مقالات به بررسی ارتباط بین انرژی تاریک و سیاه‌چاله‌ها از طریق نرخ رشد آن‌ها می‌پردازند. مقاله جدید ما سیاه‌چاله‌ها را به انرژی تاریک از طریق زمان تولدشان مرتبط می‌کند.”

یک تفاوت کلیدی در مقاله جدید این است که اکثر سیاه‌چاله‌های مرتبط جوان‌تر از آن‌هایی هستند که قبلاً مورد بررسی قرار گرفته‌اند. این سیاه‌چاله‌ها در دوره‌ای متولد شده‌اند که تشکیل ستاره – که به تشکیل سیاه‌چاله‌ها مربوط می‌شود – به خوبی در حال انجام بود، نه اینکه فقط در آغاز باشد. روگیه ویندهورست، دانشمند بین‌رشته‌ای برای تلسکوپ فضایی جیمز وب و استاد اکتشافات زمین و فضا در دانشگاه ایالت آریزونا، گفت: “این موضوع بسیار دیرتر در جهان اتفاق می‌افتد و تحت تأثیر اندازه‌گیری‌های اخیر تولید و رشد سیاه‌چاله‌ها که با تلسکوپ‌های هابل و وب مشاهده شده، قرار دارد.”

کارترایت افزود: “سوال بعدی این است که این سیاه‌چاله‌ها کجا هستند و چگونه در طول 8 میلیارد سال گذشته حرکت کرده‌اند. دانشمندان در حال حاضر در تلاشند تا این موضوع را محدود کنند.” علم نیازمند مسیرهای بیشتری برای تحقیق و مشاهدات است و حالا که DESI آنلاین شده، این جستجو برای انرژی تاریک تازه آغاز شده است. آهلن گفت: “این موضوع تنها عمق و وضوح بیشتری به درک ما از انرژی تاریک خواهد افزود، چه این موضوع به فرضیه سیاه‌چاله‌ها ادامه دهد یا ندهد.”

او ادامه داد: “به عنوان یک تلاش تجربی، این موضوع فوق‌العاده است. شما می‌توانید پیش‌فرض‌هایی داشته باشید یا نداشته باشید، اما ما تحت تأثیر داده‌ها و مشاهدات هستیم.” با توجه به اینکه آن مشاهدات آینده چه چیزی به همراه خواهد داشت، کارهایی که اکنون در حال انجام است، نمایانگر یک تغییر اساسی در تحقیقات انرژی تاریک است. تاره گفت: “به طور بنیادی، اینکه آیا سیاه‌چاله‌ها انرژی تاریک هستند و با جهانی که در آن زندگی می‌کنند، پیوند دارند، دیگر فقط یک سوال نظری نیست.” او افزود: “این اکنون یک سوال تجربی است.”