آیا ماده تاریک از ریزسیاهچاله ها درست شده؟

هنوز هیچ کس از چیستیِ ماده ی تاریکآگاهی ندارد. ولی دانشمندان به وجودش باور قطعی دارند، زیرا گرانشی که کهکشان ها و دیگر ساختارهای بزرگ-مفیاس را در کنار هم نگاه داشته بیش از آنست که تنها به پای ماده ی دیدارپذیرِ موجود در کیهان گذاشته شود.

اخترشناسان چندین دهه است که با بهره از آشکارسازهای زمینی و فضایی در پی شکار ماده ی تاریکند. بر پایه ی فرضیه‌ی تازه ای که از سوی دو اخترفیزیکدان به نام های ویاچسلاو داکوچایف و یوری اروشنکو از بنیاد پژوهش های هسته ای در آکادمی علوم روسیه در مسکو ارایه شده، ماده ی تاریک می تواند از اتم هایی تشکیل شده باشد که در واقع هر یک، سیاهچالهای میکروسکوپی (یا کوانتومی) هستند [اتم های سیاهچاله ای کوانتومی].

این برداشت چیز کاملا تازه ای نیست؛ دیگرانی هم پیشنهاد داده بوده اند که ماده ی تاریک می تواند از گونه های مختلف سیاهچاله های مینیاتوری ساخته شده باشد، و از همین رو به این نام خوانده می شود چرا که ظاهرا هیچ نوری را نه می‌درآشامد (جذب می کند) و نه می گسیلد، و بنابراین نمی توان آن را مستقیما با تلسکوپ مشاهده کرد.

فیزیکدانان همچنین دیرزمانیست بر این باورند که سیاهچاله های میکروسکوپی می بایست در آغاز کیهان هم وجود می‌داشته‌اند، زیرا نوسان های کوانتومی که درست پس از مهبانگدر چگالی ماده روی داد به شکل گیری مناطقی از فضا انجامید که به اندازه ی کافی چگال بودند تا به چنین سیاهچاله های ریزی اجازه ی شکل گیری دهند.

به باور برخی از پژوهشگران، کیهان هنوز هم می تواند پر از این "سیاهچاله های آغازین"باشد.

این پژوهش تازه که به رهبری داکوچایف و اروشنکو انجام شده، احتمال وجود گونه ی تازه ای از سیاهچاله های کوانتومی را پیشنهاد می کند: چیزهای به نام اتم های سیاهچاله ای. به گفته ی این پژوهشگران، این سیاهچاله های میکروسکوپی در آغاز دارای بار الکتریکیبوده اند. این بار الکتریکی، پروتون ها یا الکترون هایی را جذب کرده و در نتیجه سیاهچاله از نظر بار الکتریکی خنثی شده بوده، درست مانند یک اتم.

این اندیشه تا اندازه ای بر پایه ی "نظریه ی فریدمون" (friedmon theory) استوار شده؛ نظریه ای که در دهه ی ۱۹۷۰ توسط فیزیکدانان برجسته ی روسی، موسی مارکوف و والری فرولوف از دانشگاه آلبرتای کانادا مطرح شد.

یک فریدمون یک راه حل ریاضی برای معادله های میدانانیشتیناست، معادله هایی که اجزای کلیدی نظریه ی نسبیت عامند. از دید یک بیننده ی بیرونی، هر فریدمون همانند یک ریزسیاهچاله دیده می شود که دارای باری الکتریکی همانند بار یک الکترون است.

ولی فضای درون هر فریدمون می تواند از دیدگاه میکروسکوپی بزرگ و گسترده باشد - به بزرگی جهانِ شناخته شده. این چیزیست که فرولوف، که خود در پژوهش تازه شرکت نداشت به اسپیس دات کام گفت.

وی افزود: «و یک فریدمون که یک الکترون به دورش حرکت می کند چیزیست همانند یک اتم.»

مارکوف و فرولوف هرگز میان فریدمون و سیاهچاله پیوند برقرار نکردند. ولی داکوچایف می گوید که یک چنین اتمهای سیاهچاله ایِ خنثایی می بایست همان ویژگی هایی را داشته باشند که گمان می رود ماده ی تاریک دارد.

این سیاهچاله ها می بایست جرمی به اندازه ی جرم یک سیارکداشته باشند، از ۱۰ به توان ۱۴ تا ۱۰ به توان ۲۳ کیلوگرم، ولی از نظر ابعاد حتی از یک اتم هم کوچک ترند. به گفته ی این پژوهشگران، همچنین برهم کنش آن ها با ماده ی معمولی بسیار ضعیف است-- از برهم کنش نوترینوهابا ماده نیز ضعیف تر.

بنابراین سیاهچاله های کوانتومی ذراتی تاریک، سنگین، و بدون برهم کنش‌اند- با ویژگی هایی که «برای نامزدهای ماده ی تاریک مورد نیاز است»؛ این را داکوچایف و اراشنکو در پژوهشنامه ای که در شماره ی ماه مارس نشریه ی Advances in High Energy Physics منتشر شد نوشتند.

ولی فرولوف فکر نمی کند که این نظریه کاملا درست از آب در بیاید. وی می‌گوید: «به کار بردن [فریدمون] برای توضیح ماده ی تاریک متناقض به نظر می رسد. ماده ی تاریک باید از ویمپ ها (ذرات سنگین با برهم کنش ضعیف- WIMPs) ساخته شده باشد، در حالی که اتم های فریدمون در برهم کنش الکترومغناطیسی"شرکت می کنند".»

فرولوف در ادامه می گوید: «شاید به همین دلیل، دکتر داکوچایف پیشنهاد "گذاشتن"ِ یک الکترون در مداری درون فریدمون را مطرح کرد. گرچه در این مورد پیکربندی فریدمون با یک بار الکتریکی پایدار نمی شود، و جرم بیرونی آن شاید تا صفر کاهش یابد.»

وی می افزاید: «یک مشکل حل نشده ی دیگر در این مدل، سازوکار شکل گیری فریدمون است. می توان انتظار داشت که برای تولید یک شمار چشمگیر و کافی از فریدمون ها جهت توضیح ماده ی تاریک، در کیهان آغازین می بایست ناهمگنی‌های کوچک‌مقیاس به گونه ی گسترده ای وجود می داشته. این چیزیست که در مدل های استاندارد پندام (تورم) به سختی می توان انتظارش را داشت.»

اَوی لوب، یک اخترفیزیکدان در دانشگاه هاروارد می گوید: «معمولا انتظار نمی رود که سیاهچاله ها در محیط های اخترفیزیکی یا کیهان شناختی دارای بار الکتریکی باشند، زیرا آن ها با برافزایشذرات باردار با علامت مخالف -الکترون‌هایا پروتون ها- از محیطشان، به سرعت خنثی می شوند.»

ولی داکوچایف متقاعد شده که پنداشت وی به خوبیِ همه ی نظریه های دیگریست که تاکنون درباره ی ماده ی تاریک ارایه شده؛ در هر صورت، هیچ کس تاکنون این "چیز"اسرارآمیز نادیدنی را به چشم خود ندیده.

داکوچایف به اسپیس دات کام گفت: «اکنون سیاهچاله های اتمی به سیاهه ی (فهرست) بلند نامزدهای ذرات ماده ی تاریک می پیوندند؛ در این سیاهه، از نوترالینوهایابَرمتقارن، ویمپ ها، و اکسیون هاگرفته تا نوترینوهای استریل گرم و بسیاری چیزهای دیگر ثبت شده اند.» وی افزود که، با این حال، تایید این که آیا هیچ کدام از این ها به راستی جزو ذرات ماده ی تاریکند، نیازمند آن است که نخست یکی از آن ها را بگیریم.

و به گفته ی پژوهشگران روسی، دیدن یک سیاهچاله ی خنثی باید امکان پذیر باشد، زیرا این اجرام شگفت آور نادیدنی در زمان شکل گیری می توانند یک سیگنال آشکارپذیر تولید کنند.

به نوشته ی این پژوهشگران، هنگامی که یک الکترون به سوی یک سیاهچاله ی کوانتومی کشیده شود و یک اتم سیاهچاله‌ای پدید آید، در این فرآیند، انرژی به شکل درخششی از پرتوهای کیهانیفرا-پرانرژی آزاد می شود. همچنین، الکترون ها از یک لایه به لایه ای دیگر می جهند که این هم به تابش فوتونمی انجامد و اتم های سیاهچاله ای را "اصولا دیدارپذیر"می سازد.

در همین زمینه: * گونه تازه ای از ماده تاریک می تواند "اتم های تاریک"بسازد * آیا ذره خدا پرده از رازهای ماده تاریک بر خواهد داشت؟
و: * آیا سیاهچاله های سرگردان زمین را تهدید می کنند؟ * سیاهچاله هایی روی زمین     

واژه نامه:

منبع: Space.com