من الممكن أن تكون موجة جاذبية غريبة قد انبعثت من ثقب أسود بدائي

تمكن العلماء، وإن كان بدرجة احتمالية منخفضة، من اكتشاف ثقوب سوداء بدائية غريبة نشأت بعد وقت قصير من الانفجار الكبير. يتم الإشارة إلى ذلك من خلال بيانات مرصد LIGO ونظيره الأوروبي Virgo، اللذين يكتشفان التموجات الصغيرة في الزمكان التي تحدث عند اندماج الأجسام الضخمة مثل الثقوب السوداء.

في 12 نوفمبر، أصدر كل من LIGO وVirgo برنامجًا آليًا إشعار حول اندماج يكون فيه جسم واحد على الأقل خفيفًا جدًا بحيث لا يمكن أن يكون ثقبًا أسود عاديًا أو نجمًا نيوترونيًا يتكون من انهيار نجم.

تقول عالمة الفيزياء الفلكية النظرية جونا كرون من جامعة دورهام: “إذا تم تأكيد ذلك، فسيكون هائلا. لا يمكن تفسير هذا الحدث بعمليات الفيزياء الفلكية التقليدية”.

ومع ذلك، فإن الإشارة المفترضة يمكن أن تكون مجرد ضجيج صادر عن الكاشف، كما يعترف عالم الفلك كريستوفر بيري، أحد المشاركين في مشروع LIGO في جامعة جلاسكو، والذي نشر التنبيه على بلوسكي بعد عدة ساعات من الاكتشاف.

ويعتقد أنه “على الأرجح، يمكنك المراهنة أكثر على حقيقة أن الإشارة حقيقية”. “لكن لا يزال من المثير للاهتمام التكهن بهذا الموضوع.”

تموجات الزمكان

عندما يلتف ثقبان أسودان أو نجمان نيوترونيان معًا، فإنهما يخلقان اضطرابات في الزمكان تسمى موجات الجاذبية. وتستخدم أدوات ضخمة للكشف عنها. يتكون مرصد LIGO من مقياسي تداخل بصري على شكل حرف L في لويزيانا وواشنطن، يبلغ طول كل ذراع 4 كيلومترات، مع رنين ضوء الليزر بداخله. يبلغ طول برج العذراء المقيم في إيطاليا ثلاثة كيلومترات. تمد موجة الجاذبية المارة ذراعًا أكثر من الأخرى، مما يتسبب في تداخل الضوء الصادر من الذراعين وإنشاء إشارة في الكاشف تتضاءل وتتضاءل مع مرور الوقت.

منذ عام 2015، سجل مرصدا LIGO وVirgo أكثر من 300 حدث. 99% منها كانت عبارة عن اندماجات لثقوب سوداء، وعدد قليل منها كان اندماجات لنجوم نيوترونية. وفي جميع الأحوال تجاوزت كتلة الأجسام كتلة الشمس. تزن النجوم النيوترونية ما بين 1.1 و2.2 كتلة شمسية، والثقوب السوداء المتولدة من النجوم المنهارة أثقل، حيث تصل أحيانًا إلى عشرات الكتل الشمسية. وفي الاصطدام الجديد، كان وزن أحد المشاركين على الأقل أخف من وزن الشمس.

وقال بيري: “إذا تم تأكيد هذا الاندماج، فقد يقدم دليلاً دامغاً على وجود مجموعة من الثقوب السوداء البدائية”.

ومع ذلك، هذا مجرد “إذا”. لكل تنبيه، يقدم مرصدا LIGO وVirgo معدل إنذار كاذب، والذي يقدر عدد المرات التي قد تنتج فيها ضوضاء الكاشف وحدها إنذارًا كاذبًا بحجم مماثل. بالنسبة لهذا التنبيه، كان معدل الإنذارات الكاذبة في البداية واحدًا كل 6.2 سنوات، وتم تعديله لاحقًا إلى واحد كل 4 سنوات. يقول بيري إنه بالنسبة لعمليات اندماج الثقوب السوداء النموذجية التي تحدث كل بضعة أيام، سيكون هذا التردد مقبولًا. لكن بالنسبة لحدث نادر يمكن أن يعيد كتابة الكتب المدرسية، فهو مرتفع للغاية.

نظريات – وملاحظات

إن الحجج المؤيدة للثقوب السوداء البدائية مثيرة للجدل أيضًا. كان من المفترض أن تتشكل عندما انهارت كتل كثيفة من المادة في الكون الوليد تحت تأثير جاذبيتها، ومن حيث المبدأ، يمكن أن يكون لها أي كتلة. حتى أن البعض يقترح أن الثقوب السوداء البدائية قد تشكل المادة المظلمة غير المرئية في الكون. ولكن إذا كان هناك عدد كبير من هذه الكائنات العائمة في الفضاء، فمن وقت لآخر، يجب أن يمر أحدهم أمام النجم، ومع مجال جاذبيته، يعزز ضوءه لفترة وجيزة. يقول كرون: حتى الآن، لم تتم ملاحظة مثل هذا التأثير، مما يحد من عدد الثقوب السوداء البدائية ويستبعدها باعتبارها المصدر الوحيد للمادة المظلمة.

يمكن أيضًا للنجوم النيوترونية أن تندمج، على الرغم من أنها غير عادية جدًا. النجوم النيوترونية العادية أثقل عدة مرات من الشمس. لقد توصل المنظرون إلى سيناريوهات يمكن أن تفسر النجوم النيوترونية الأخف. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي الانهيار إلى ثقب أسود إلى إنشاء حلقة من المادة لفترة وجيزة تنتج نجومًا نيوترونية صغيرة، مثل الخرز الموجود على السوار.

لكن هذا أمر تخميني للغاية، كما يقول عالم الفيزياء الفلكية النظرية إيمانويل بيرتي من جامعة جونز هوبكنز: “إنها تقريبًا تخمينية مثل فرضية الثقب الأسود البدائي”.

أصدر كل من LIGO وVirgo تنبيهًا حتى يتمكن علماء الفلك من البحث عن وميض ربما يكون قد رافق الاندماج. ومع ذلك، فإن المصدر متمركز في منطقة من السماء يبلغ حجمها 6000 مرة حجم القرص القمري، الأمر الذي من المحتمل أن يجعل عمليات البحث هذه غير مجدية.

ما هو التالي

ومع ذلك، قد يتمكن الباحثون من تحديد طبيعة المصدر بناءً على إشارة موجة الجاذبية وحدها، كما يقول ألكسندر نيتز، عالم الفلك في جامعة سيراكيوز والعضو السابق في مرصد LIGO. ينتج عن اندماج الثقب الأسود النموذجي “قصف رعدي” حاد، وتصدر الأجسام الخفيفة التي تقترب من بعضها البعض صوت طنين لمدة دقائق أو ساعات.

“يمكننا في الواقع قياس: هل هذه النجوم النيوترونية أم أنها ثقوب سوداء؟” – آمال نيتز.

ولتأكيد حقيقة الحدث، من الضروري اكتشاف العديد من الأحداث المشابهة، كما يؤكد العلماء.

يوضح بيرتي: “عندما ترى المرشح الأول لأي شيء، فإنك دائمًا ما تكون متشككًا للغاية”. “لكن عندما تبدأ في رؤية عائلة كاملة من الأحداث مثل هذه، تزيد ثقتك بنفسك كثيرًا”.

ويضيف كرون أنه على الرغم من ذلك، فإن هذه الإشارة المشكوك فيها قد تظل لغزا.

واختتمت كلامها قائلة: “من غير المرجح أن نعرف على وجه اليقين ما إذا كان هذا التنبيه حدثًا حقيقيًا أم لا”.