سیاه‌چاله‌ها، منبع انرژی تاریک کیهان؟ کشف جدید دنیای فیزیکدانان را تکان داد!

نظریه‌ای نو درباره‌ی انرژی مرموز و سیاه‌چاله‌ها

تقریباً چهارده میلیارد سال پیش، در لحظات آغازین انفجار بزرگ، یک نیروی ناشناخته باعث انبساط شگرف جهان جوان شد و تمام موادی که می‌شناسیم را به وجود آورد. این ایده که به اسم جهان تورمی شناخته می‌شود، می‌گوید این انرژی اولیه، ویژگی‌های کلیدی مشابهی با انرژی تاریک کنونی دارد، که امروزه بزرگ‌ترین معما در علم است. انرژی تاریک حدود هفتاد درصد از کل کیهان را تشکیل داده، اما دانشمندان هنوز به درستی نمی‌دانند چیست.

گریگوری تارل، استاد فیزیک در دانشگاه میشیگان و یکی از نویسندگان اصلی این تحقیق، می‌گوید: «اگر بپرسید ‘کجا در جهان بعدی، گرانش به اندازه‌ی کافی قوی هست که مثل ابتدای جهان عمل کند؟’ پاسخ در مرکز سیاه‌چاله‌هاست.» او اضافه می‌کند: «این امکان وجود دارد که آنچه در دوران تورم رخ داده، به شکل معکوس در سیاه‌چاله‌ها اتفاق بیفتد؛ یعنی مادهٔ یک ستاره عظیم در حین فروپاشی تحت گرانش، دوباره به انرژی تاریک تبدیل می‌شود – مثل یک انفجار کوچک اما وارونه.»

کاوش‌های جدید و داده‌های DESI

در پژوهشی جدید که در نشریهٔ کیهان‌شناسی و فیزیک ذرات منتشر شده، تارل و همکارانش از پنج مؤسسه گوناگون، با استفاده از اطلاعات تازه‌ای که از ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریک (DESI) به دست آمده، این فرضیه را تقویت کرده‌اند. DESI شامل ۵۰۰۰ چشم رباتیک است که بر روی تلسکوپ مایال در رصدخانه‌ی ملی کیت پیک، در سرزمین ملت توهونوی اودام نصب شده است.

کوین کروکر، نویسنده‌ی ارشد مقاله و محقق در دانشگاه ایالت آریزونا، اظهار داشت: «اگر سیاه‌چاله‌ها حاوی انرژی تاریک باشند، می‌توانند با جهان در حال گسترش مرتبط شده و هم‌گام با آن رشد کنند، که این امر به سرعت بخشیدن به انبساط جهان کمک می‌کند.» او ادامه داد: «ما نمی‌توانیم دقیقاً بگوییم چطور این اتفاق می‌افتد، اما شواهدی در دست داریم که نشان می‌دهد این روند در حال وقوع است.»

شواهدی از افزایش غلظت انرژی تاریک

داده‌های سال اول از برنامه‌ی پنج‌ساله‌ی رصد DESI، نشانه‌های جالب توجهی را ارائه می‌دهد که حاکی از افزایش تراکم انرژی تاریک در طول زمان است. این یافته، خود یک سرنخ مهم برای پشتیبانی از این ایده است که انرژی تاریک در واقع وجود دارد، چرا که این افزایش با افزایش تعداد و جرم سیاه‌چاله‌ها هم‌خوانی دارد.

استیو آهلن، یکی دیگر از نویسندگان این مقاله و استاد بازنشسته‌ی فیزیک در دانشگاه بوستون، گفت: «وقتی برای اولین بار وارد این پروژه شدم، خیلی بدبین بودم. اما من در طول کارم ذهنم را باز نگه داشتم و وقتی محاسبات کیهانی را شروع کردیم، با خود گفتم: ‘خب، این واقعاً یک مکانیسم خوب برای تولید انرژی تاریک است.’»

نقش DESI در جستجوی انرژی تاریک

برای پیدا کردن نشانه‌هایی از انرژی تاریک درون سیاه‌چاله‌ها، تیم تحقیقاتی از داده‌های ده‌ها میلیون کهکشان دوردست که توسط DESI اندازه گرفته شده‌اند، استفاده کرد. این ابزار به میلیاردها سال پیش نگاه می‌کند و داده‌هایی جمع‌آوری می‌کند که برای تعیین سرعت انبساط جهان با دقت بسیار بالا به کار می‌آید.

پژوهش‌های تازه در مورد انرژی سیاه و سیاه‌چاله‌ها

از این داده‌ها می‌توان برای تخمین تغییرات میزان انرژی تاریک در طول زمان استفاده کرد. تیم تحقیقاتی این اطلاعات را با تعداد سیاه‌چاله‌هایی که در اثر مرگ ستارگان عظیم در تاریخ جهان شکل گرفته‌اند، مقایسه کرد. دانکن فراه، استاد فیزیک در دانشگاه هاوایی و از نویسندگان این پژوهش، می‌گوید: “این دو پدیده با هم هم‌خوانی داشتند – به این صورت که با نابودی ستارگان بزرگ، سیاه‌چاله‌های جدیدی پدید می‌آمدند و میزان انرژی تاریک در جهان به اندازه‌ی مناسبی افزایش می‌یافت.” او افزود: “این موضوع احتمال این که سیاه‌چاله‌ها منبع انرژی تاریک باشند را افزایش می‌دهد.”

این تحقیقات به مجموعه‌ای در حال گسترش از مقالات علمی که به بررسی احتمال یک پیوند کیهانی در سیاه‌چاله‌ها می‌پردازد، کمک می‌کند. یک مطالعه در سال ۲۰۲۳ که شامل تعدادی از نویسندگان این مقاله هم بود، این ارتباط کیهانی را در سیاه‌چاله‌های بسیار بزرگ در مراکز کهکشانی به ثبت رساند. این گزارش در سال ۲۰۲۳ محققان دیگر را تشویق کرد که به دنبال این اثر در سیاه‌چاله‌های در همه جای جهان بگردند. برایان کارترایت، اخترفیزیکدان و از نویسندگان این مقاله می‌گوید: “این مقاله‌ها به بررسی رابطه‌ی بین انرژی تاریک و سیاه‌چاله‌ها، از طریق میزان رشد آن‌ها می‌پردازد. مقاله‌ی جدیدمان، سیاه‌چاله‌ها را از طریق زمان تولدشان به انرژی تاریک مرتبط می‌کند.”

یک تفاوت اساسی در این مقاله‌ی جدید این است که اکثر سیاه‌چاله‌های مورد بررسی جوان‌تر از آن‌هایی هستند که قبلاً مطالعه شده‌اند. این سیاه‌چاله‌ها در دوره‌ای متولد شده‌اند که شکل‌گیری ستاره‌ها – که به شکل‌گیری سیاه‌چاله‌ها هم مربوط می‌شود – به خوبی فعال بود، نه فقط در مراحل ابتدایی. روگیه ویندهورست، دانشمند میان‌رشته‌ای برای تلسکوپ فضایی جیمز وب و استاد اکتشافات زمین و فضا در دانشگاه ایالت آریزونا، گفت: “این موضوع خیلی دیرتر در جهان اتفاق می‌افتد و تحت تأثیر اندازه‌گیری‌های تازه‌ی تولید و رشد سیاه‌چاله‌ها که توسط تلسکوپ‌های هابل و وب مشاهده شده، قرار دارد.”

کارترایت اضافه کرد: “سوال بعدی این است که این سیاه‌چاله‌ها کجا قرار دارند و در هشت میلیارد سال گذشته چطور حرکت کرده‌اند. دانشمندان در حال حاضر در تلاشند محدوده این مسئله را مشخص کنند.” علم به راه‌های بیشتری برای تحقیق و مشاهده نیاز دارد و اکنون که DESI فعال شده است، این جستجو برای انرژی تاریک تازه شروع شده است. آهلن گفت: “این موضوع فقط به درک ما از انرژی تاریک عمق و وضوح بیشتری می‌بخشد، چه این فرضیه به سیاه‌چاله‌ها ربط داشته باشد یا نه.”

او ادامه داد: “به عنوان یک تلاش تجربی، این فوق‌العاده است. شما می‌توانید پیش‌فرض‌هایی داشته باشید یا نداشته باشید، اما ما تحت تأثیر داده‌ها و مشاهدات هستیم.” با توجه به این‌که مشاهدات آینده چه چیزی را نشان خواهد داد، فعالیت‌هایی که الآن در حال انجام است، نشان‌دهنده‌ی یک تغییر اساسی در تحقیقات انرژی تاریک است. تاره گفت: “به طور اساسی، اینکه آیا سیاه‌چاله‌ها انرژی تاریک هستند و با جهانی که در آن زندگی می‌کنیم ارتباط دارند، دیگر فقط یک سوال نظری نیست.” او افزود: “این الان یک سوال تجربی است.”