سیاه‌چاله‌های نخستین نمرده‌اند؛ یادگارهای بیگ بنگ احتمالاً همان ماده تاریک هستند

سیاه‌چاله‌های نخستین، همان یادگارهای دوران جنینی کیهان، برخلاف تصورات پیشین دانشمندان احتمالاً هنوز در گوشه‌وکنار جهان ما پرسه می‌زنند. مطالعه‌ای جدید و تأمل‌برانگیز نشان می‌دهد که این اجرام باستانی برخلاف پیش‌بینی‌های قبلی، بر اثر پدیده‌ی «تابش هاوکینگ» از میان نرفته‌اند. شواهد علمی جدید نشان می‌دهند که سیاه‌چاله‌ها با بلعیدن انرژی بی‌کران کیهان در نخستین لحظات پس از بیگ‌بنگ، به غول‌هایی عظیم تبدیل شده‌اند که تا‌به‌امروز دوام آورده‌اند.

لحظاتی پس از انفجار بزرگ، جهان نوزاد محیطی فوق‌العاده متلاطم، داغ و پرچگال بود. در میان محیط کیهانی اولیه، سیاه‌چاله‌های نخستین از دل توده‌های ماده با چگالی فراتر از حد تصور شکل گرفتند. دهه‌هاست که درک فیزیک‌دانان از این اجرام، به‌ویژه نمونه‌های کم‌جرم، بر این اصل استوار بود که در نهایت از طریق فرآیندی کوانتومی به نام تابش هاوکینگ تبخیر شده و به تاریخ می‌پیوندند؛ سرنوشتی که تا پیش‌از‌این قطعی و گریزناپذیر به نظر می‌رسید.

به‌گزارش لایوساینس، پژوهش تازه مسیر کاملاً متفاوتی را برای تکامل این اجرام ترسیم کرده است. پژوهش ادعا می‌کند که سیاه‌چاله‌های اولیه همیشه در مسیر کوچک‌شدن و زوال نبوده‌اند؛ بلکه در شرایطی خاص، با ایفای نقش بلعندگان کیهانی، تابش‌های متراکم جهان اولیه را جذب کرده و مسیر رشد را در پیش گرفته‌اند. چنین اشتهای غیرمنتظره‌ای نه‌تنها سرنوشت انفرادی این اجرام را دگرگون می‌کند، بلکه مدل‌های ما از گذشته‌ی جهان و مهم‌تر از همه، ماهیت ماده تاریک را نیز با چالشی جدی روبه‌رو می‌سازد.

سیاه‌چاله‌های نخستین تفاوتی بنیادین با سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای دارند که از فروپاشی ستارگان بزرگ پدید می‌آیند. این اجرام در همان ثانیه‌های نخستین پیدایش هستی و از دل نوسانات چگالی در محیط اولیه‌ی جهان زاده شدند و جرم آن‌ها می‌تواند از مقیاس‌های میکروسکوپی تا توده‌هایی چندین برابر خورشید متغیر باشد. قوانین نسبیت عام سال‌هاست به ما گوشزد می‌کنند که این اجرام به‌مرور زمان جرم خود را از دست می‌دهند، اما متغیرهای جدیدی در این معادله ظاهر شده‌اند که فرضیه‌ی «تبخیر مطلق» را زیر سوال می‌برند.

محیط پیرامون سیاه‌چاله‌های اولیه در سپیده‌دم کیهان، برخلاف فضای خلأ و سرد امروزی، لبریز از فوتون‌های پرانرژی و تابش‌های حرارتی غلیظ بود. پژوهش جدید قطعه‌ی مفقوده‌ای را به این پازل اضافه می‌کند: جذب مستقیم تابش‌های حرارتی. محاسبات نشان می‌دهند که اگر بازدهی جذب در یک سیاه‌چاله اولیه از آستانه مشخصی عبور کند، فرآیند تبخیر هاوکینگ مغلوب سرعت تغذیه‌ی سیاه‌چاله می‌شود. در واقع، این اجرام به جای ناپدیدشدن، به مصرف‌کنندگان خاموش انرژی تبدیل شده و بقای خود را تضمین کرده‌اند.

بازنگری در چرخه‌ی زندگی سیاه‌چاله‌های باستانی، دریچه‌ای نو به سوی حل معمای ماده تاریک می‌گشاید. اگر سیاه‌چاله‌های نخستین توانسته باشند با جذب تابش رشد کنند، طیف وسیع‌تری از آن‌ها با جرم‌های مختلف همچنان در جهان امروز حضور دارند و می‌توانند همان «داربست نامرئی» باشند که کهکشان‌ها را در کنار هم نگه داشته است. بر اساس یافته‌ها، این پدیده به پارامتری به نام «بازدهی جذب» بستگی دارد؛ برای مثال اگر این ضریب ۰٫۳۹ باشد، سیاه‌چاله‌هایی با محدوده‌ی جرم ۵ ضربدر ۱۰ به توان ۱۴ گرم (5*10^14) تا ۵ ضربدر ۱۰ به توان ۱۹ گرم (5*10^19) که پیش‌تر گمان می‌رفت تبخیر شده‌اند، اکنون می‌توانند کاندیدای اصلی ماده تاریک باشند.

نتایج مطالعه دانشمندان را وادار می‌کند تا نخستین لحظات تاریخ هستی و نحوه‌ی تکامل ساختارهای کیهانی را مورد بازنگری قرار دهند. این دستاورد صرفاً اصلاحیه‌ای ساده بر مدل‌های ریاضی نیست، بلکه فصلی نوین در روایت موجود از داستان آفرینش محسوب می‌شود. جهان بار دیگر ثابت کرد که پیچیده‌تر از تصورات ماست و حتی زمانی که فکر می‌کنیم سرنوشت جرمی آسمانی را به‌یقین می‌دانیم، طبیعت برنامه‌های غافلگیرکننده دیگری در پیش دارد.

پژوهش در پایگاه داده‌های پیش‌انتشار arXiv منتشر شده است.