أبحث

الأربعاء، 28 أبريل 2021

هل الثقوب السوداء هي السبب في وجود المادة المظلمة المطاردة بموجات الجاذبية



الثقوب السوداء الدودية

في حالة ما اذا كانت الثقوب السوداء ثقوب دودية تربط كونا بكون اخركل واحد يختلف عن الاخر باختلافهما في الزمكان ؟ هذه الفرضية ، على الرغم من أنها ليست ذات مصداقية كبيرة ، طال النظر فيها لعدة سنوات ، لا سيما فيما يتعلق بالثقوب السوداء الهائلة في قلب المجرات .

 يمكن لظاهرة الصدى في موجات الجاذبية أن تخبرنا بالمزيد.تشير العديد من الملاحظات الفيزيائية الفلكية إلى أن بعض الأجسام تتصرف بشكل جيد وفقا لنظرية الثقوب السوداء. وهذهال موجات الجاذبية هي تشوهات الزمكان التي تنبأ بها أينشتاين.

منذ أوائل القرن الحادي والعشرين ، تم اقتراح العديد من الاختبارات لوجود بعض جسيمات المادة المظلمة باستخدام الثقوب السوداء. تم تليها الظاهرة المعروفة باسم الإشعاع الفائق على وجه الخصوص فإذا كانت هذه الجسيمات هي ما يسمى بالبوزونات خفيفة الوزن. إن موجات الجاذبية الناتجة عن تصادمات الثقوب السوداء تفتح الآن بشكل ملموس آفاقا جديدة حول هذا الموضوع.

في سنة 1917 م تفرغ لعلم الكون والثقوب السوداء وهو علم دراسة الكون ككل شكله ، حجمه ، تاريخه ، ومصيره ، من اوله الى اخره ، ومن بداية الزمن الى نهايته . ذلك من خلال معادلته في مجال الجاذبية في النظرية العامة للنسبية ، حيث وضع اينشتاين اسس دراسة الكون وطبيعته ، و بها اصبح المؤسس الاول لعلم الكون الحديث . وثم تعديل رؤيته في محاضرة سنة 1920 م في ليدن. 

في وقت مبكر ابتداء من 1930s، وشغل اينشتاين هو البحث في الأشعة الكونية التي جعلته يكتشف جسيمات جديدة وفي العقدين التي تلت ذلك، قبل أن يتمكن من إنتاجها ،اعماله جعلته يقف على انه من الممكن تحديد البوزيترون (و جسيم مضاد للإلكترون ) .، و الميون و الميزون من يوكاوا.

 بعد نصف قرن تقريبا، شهدنا صعود astroparticles حيث هناك أيضا الكون يمكن ملاحظتها من النجومالتي أصبحت مختبرات لاكتشاف وفهم الفيزياء الجسيمات لا تزال غير معروفة على الأرض لأنها بعيدة عن متناول المعجلات. هذه لا تسمح بارتفاع الطاقة الكافيةللتسبب في ولادة جسيمات ضخمة جدا وفقا لمعادلة أينشتاين الشهيرة E = mc 2 ..

نفس الإستراتيجية لا تزال سارية الى اليوم ويطبقها علماء الفيزياء الفلكية بشكل خاص لاصطياد جسيمات المادة المظلمة . تم تجديد هذا المجال البحثي من خلال علم الفلك متعدد الرسل الذي يسعى إلى الجمع بين الإشارات التي يمكن ملاحظتها من أنواع مختلفة. نحن بالطبع نستخدم الفوتونات ، من موجات الراديو إلى أشعة جاما ، ولكن أيضا النيوترينوات وأخيرا في السنوات الأخيرة موجات الجاذبية .

اذا فإن موجات الجاذبية وحدها تجعل من الممكن أحيانا وضع قيود على نماذج معينة من جسيمات المادة المظلمة. نرى مثالا بمقال منشور في Physical Review Letters ، متاح على arXiv . إنه نتاج فريق دولي من الباحثين الذين استخدموا تحليلات موجات الجاذبية المكتشفة بواسطة Ligo و Virgo والتي ترتبط بـ 45 تصادما للثقوب السوداء التي كانت كتلتها بين 10 و 70 ضعف كتلة الشمس.حول. كانت المصادر المسماة GW190412 و GW190517 ذات أهمية خاصة ، والتي تم اكتشافها في عام 2019 كما توحي أسمائها.

تدوير الثقوب السوداء ، لمصدر طاقة هائلة

لكن لفهم ما يدور حوله الأمر ، عليك أن تعرف أن جسيمات المادة المظلمة ليست تلقائيا ضخمة جدا. ويمكن أن يكون مجرد تفاعلات شدة جدا، منخفضة جدا، أقل بكثير من النيوترونات عبر و القوة النووية الضعيفة ، مع جسيمات المادة العادية، وهذا ما يفسر أنهم من الصعب إنتاج أو كشف على الأرض في حين يجري ذلك جدا،. 

هناك أيضا نماذج لا تكون فيها هذه الجسيمات سوداء تماما لأنها ستحتوي على شحنة كهربائية ولكنها منخفضة للغاية مقارنة بالشحنة الأولية للإلكترون أو البروتون . لذلك فإنها سوف تشع قليلا جدا.في هذه الحالة ، واصل علماء الفيزياء الفلكية استكشاف طريقة يمكن أن تسلط الضوء على هذا النوع من الجسيمات ذات الثقوب السوداء الدوارة عبر تأثير: الإشعاع الفائق ، الذي ناقشه فوتورا بالفعل في مقالات سابقة.

تظهر بعض الثقوب السوداء بالقرب من أفقها "منطقة ergo" حيث يمكن أن تصبح طاقة جسيمات معينة ذات دوران كامل سالبة. تخيل روجر بنروز عملية تستفيد من هذه البنية لاستخراج الطاقة منها. نصف عملية Penrose والتطبيق الصناعي الذي ابتكره Subrahmanyan Chandrasekhar. ثم نشرح مفهوم الإشعاع الفائق الذي يعتبر ظاهرة مماثلة لمجالات الدوران الكاملة ، الحقول الكهرومغناطيسية على سبيل المثال.

 نختتم بوصف التطبيق العسكري الذي يمكن أن يكون ذا أهمية لقوات الإمبراطورية: قنابل الثقب الأسود . © مركز Henri Lebesgue،وهذه ظاهرة مرتبطة فيزياء الثقوب السوداء اكتشفت في عام 1971 من قبل الأسطوري الروسي الفيزيائي و الكونيات ياكوف Zel'dovich والتي سيتم تطويرها ولا سيما عن طريق معاونه الرئيسي، إيجور نوفيكوف النظرية. 

يمكننا في الواقع تتبع إمكانية عملية الإشعاع الفائق للعملية التي اكتشفها منذ بضع سنوات عالم الرياضيات وحائز جائزة نوبل في الفيزياء روجر بنروز ، الذي أوضح كيفية استخلاص الطاقة من ثقب أسود كير في الدوران.

تأثير كمي مع مادة مظلمة وثقب أسود.

يمكن للثقب الأسود من خلال عملية الإشعاع الفائق ، أن يبدأ في تضخيم الإشعاع المكون من جزيئات من خلال منحها بعضا من طاقته. يمكن بالتالي إنتاج بعض البوزونات الخفيفة جدا التي يمكن أن تفسر طبيعة المادة المظلمة ، مثل الأكسيونات أو حتى تلك المفترضة في إطار نظرية المادة المظلمة الغامضة ، بكميات كبيرة جدا حول الثقب الأسود.

كما أوضحت فوتورا في إحدى المقالات السابقة أدناه ، فإن هذه الفكرة ليست جديدة ، فقد بدأ بالفعل استكشافها خلال العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. وقد أدت على وجه الخصوص إلى تباطؤ كبير في دوران الثقب.الأسود منذ بعض تلك الطاقة الدورانية إلى جسيمات وإلى طاقة حركة تلك الجسيمات. 

يعتبر الإشعاع الفائق للبوزونات العددية مهما بشكل خاص إذا كان ما يسمى بالطول الموجيمن جسيم كتلته m هو حجم حجم الثقب الأسود ، والذي يمكن حسابه بعشرات الكيلومترات بالثقوب السوداء في Ligo و Virgo. إن وجود هذا الطول هو تأثير كمي ناشئ عن ازدواجية الموجة والجسيم. يشير الطول الموجي الكبير إلى كتلة منخفضة والعكس صحيح.

لكن ما تغير مع اكتشاف موجات الجاذبية هو أنها لا تسمح فقط بتقدير كتلة الثقوب السوداء قبل الاصطدام ولكن أيضا الزخم الزاوي لها . ومع ذلك ، كما أوضح الباحثون في مقال نشر في مجلة Physical Review Letters ، فإن اللحظات الزاوية للثقوب السوداء المرتبطة بـ GW190412 و GW190517 عالية جدا بالنسبة لفاصل كتلة بعض البوزونات الخفيفة جدا التي تعتبر مرشحة محتملة لعنوان المادة المظلمة. 

البوزونات فائقة الخفة قادرة بالفعل على إبطاء دوران الثقب الأسود بشكل كبير في غضون بضعة آلاف من السنين.من الناحية الفنية ، يمكن أن تكون كتل هذه البوزونات بين 10 -33 إلكترون فولت و 1 × 10 -6 إلكترون فولت ، وهي منخفضة جدا عندما نعلم أن كتلة البروتون أقل بقليل من 10 9 إلكترون فولت. وفقا للباحثين ، بالنسبة للنظريات التي اعتبروها ، لا يمكن أن تكون الكتل بين 10-13 إلكترون فولت و 2 × 10-11 إلكترون فولت.

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. وشكرا على التعليق