يظهر توزيع المادة المظلمة في مجموعة المجرات Abell 3827 كخطوط زرقاء محيطية في هذه الصورة بواسطة تلسكوب هابل الفضائي.
(الصورة: © ESO / R. Massey)
توصلت دراسة جديدة إلى أن الثقوب البيضاء ، التي هي نظريًا المضاد تمامًا للثقوب السوداء ، يمكن أن تشكل جزءًا كبيرًا من المادة المظلمة الغامضة التي يعتقد أنها تشكل معظم المادة في الكون. وقال الباحثون إن بعض هذه الثقوب البيضاء الغريبة قد تسبق الانفجار العظيم.
تمتلك الثقوب السوداء شدًا ثقاليًا قويًا لدرجة أنه لا حتى الضوء ، وهو أسرع شيء في الكون ، يمكنه الهروب منها. تُعرف الحدود الكروية غير المرئية المحيطة بنواة الثقب الأسود التي تشير إلى نقطة اللاعودة باسم أفق الحدث. [صور: الثقوب السوداء للكون]
الثقب الأسود هو أحد تنبؤات نظرية أينشتاين عن النسبية العامة. يُعرف الآخر باسم الثقب الأبيض ، والذي يشبه الثقب الأسود في الاتجاه المعاكس: في حين أنه لا يوجد شيء يمكن أن يهرب من أفق حدث الثقب الأسود ، لا شيء يمكن أن يدخل في أفق حدث الثقب الأبيض.
اقترحت أبحاث سابقة أن الثقوب السوداء والثقوب البيضاء مترابطة ، حيث تسقط المادة والطاقة في ثقب أسود يحتمل أن يخرج من ثقب أبيض إما في مكان آخر في الكون أو في عالم آخر تمامًا. في عام 2014 ، اقترح كارلو روفيلي ، الفيزيائي النظري في جامعة إيكس مرسيليا في فرنسا ، وزملاؤه أن الثقوب السوداء والثقوب البيضاء قد تكون مرتبطة بطريقة أخرى: عندما تموت الثقوب السوداء ، يمكن أن تصبح ثقوبًا بيضاء.
في السبعينيات ، قام الفيزيائي النظري ستيفن هوكينج بحساب أن جميع الثقوب السوداء يجب أن تتبخر الكتلة عن طريق إصدار الإشعاع. من المتوقع أن تتقلص الثقوب السوداء التي تفقد كتلتها أكثر مما تكسب وتتلاشى في نهاية المطاف.
ومع ذلك ، اقترح روفيلي وزملاؤه أن تقلص الثقوب السوداء لا يمكن أن يختفي إذا كان نسيج المكان والزمان كمًا - أي مصنوع من كميات غير قابلة للتجزئة تعرف باسم الكميات. الزمكان هو كم في البحث الذي يسعى لتوحيد النسبية العامة ، والتي يمكن أن تفسر طبيعة الجاذبية ، مع ميكانيكا الكم ، التي يمكن أن تصف سلوك جميع الجسيمات المعروفة ، في نظرية واحدة يمكن أن تفسر جميع قوى الكون .
في دراسة عام 2014 ، اقترح روفيلي وفريقه أنه بمجرد تبخر الثقب الأسود إلى درجة لا يمكن أن يتقلص فيها أكثر لأنه لا يمكن عصر الزمان إلى أي شيء أصغر ، فإن الثقب الأسود المحتضر سيرتد بعد ذلك ليشكل أبيض الفجوة.
وقال روفيلي لموقع Space.com: "لقد تعثرنا في حقيقة أن الثقب الأسود يصبح ثقبًا أبيض في نهاية تبخره".
يُعتقد أن الثقوب السوداء في الوقت الحاضر تتشكل عندما تموت النجوم الضخمة في انفجارات عملاقة تعرف باسم السوبرنوفا ، والتي تضغط جثثها في نقاط كثيفة بلا حدود تعرف باسم التفردات في قلوب الثقوب السوداء. قدر روفيلي وزملاؤه سابقًا أن الأمر سيتطلب ثقبًا أسود بكتلة مساوية لكتلة الشمس حوالي كوادريليون مرة العصر الحالي للكون للتحول إلى ثقب أبيض. [صور السوبرنوفا: صور رائعة للانفجارات النجمية]
ومع ذلك ، اقترح العمل المسبق في الستينيات والسبعينيات أن الثقوب السوداء يمكن أن تكون قد نشأت أيضًا في غضون ثانية بعد الانفجار الكبير ، بسبب التقلبات العشوائية في الكثافة في الكون الوليد سريع الانتشار. يمكن أن تنهار المناطق التي تتركز فيها هذه التقلبات معًا لتكوين ثقوب سوداء. وأشار روفيلي وزملاؤه إلى أن ما يسمى بالثقوب السوداء البدائية سيكون أصغر بكثير من الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية ، ويمكن أن تكون قد ماتت لتشكل ثقوبًا بيضاء خلال عمر الكون.
حتى الثقوب البيضاء ذات الأقطار المجهرية يمكن أن تكون ضخمة للغاية ، تمامًا مثلما يمكن للثقوب السوداء الأصغر من حبة الرمل أن تزن أكثر من القمر. الآن ، اقترح روفيلي والمؤلفة المشاركة في الدراسة فرانشيسكا فيدوتو ، من جامعة بلاد الباسك في إسبانيا ، أن هذه الثقوب البيضاء المجهرية يمكن أن تشكل مادة مظلمة.
على الرغم من أنه يعتقد أن المادة المظلمة تشكل خمسة أسداس من جميع المواد في الكون ، إلا أن العلماء لا يعرفون ما تتكون منه. كما يوحي اسمها ، فإن المادة المظلمة غير مرئية ؛ لا ينبعث منه الضوء أو يعكسه أو يحجبه. ونتيجة لذلك ، لا يمكن تتبع المادة المظلمة حاليًا إلا من خلال تأثيرات الجاذبية على المادة الطبيعية ، مثل تلك التي تتكون منها النجوم والمجرات. تعد طبيعة المادة المظلمة حاليًا واحدة من أعظم الألغاز في العلوم.
الكثافة المحلية للمادة المظلمة ، كما تقترحه حركة النجوم بالقرب من الشمس ، تبلغ حوالي 1 في المائة من كتلة الشمس لكل فرسخ مكعب ، والتي تبلغ حوالي 34.7 سنة ضوئية مكعبة. لحساب هذه الكثافة مع الثقوب البيضاء ، حسب العلماء أن ثقبًا أبيضًا صغيرًا - أصغر بكثير من البروتون وحوالي مليون جزء من جرام ، وهو ما يعادل حوالي كتلة "نصف بوصة من شعر الإنسان" روفيلي قال - هناك حاجة لكل 2400 ميل مكعب (10000 كيلومتر مكعب).
لن تصدر هذه الثقوب البيضاء أي إشعاع ، ولأنها أصغر بكثير من الطول الموجي للضوء ، فإنها ستكون غير مرئية. وقال روفيللي: إذا حدث تأثير البروتون على إحدى هذه الثقوب البيضاء ، فإن الثقب الأبيض "سوف يرتد ببساطة". "لا يمكنهم ابتلاع أي شيء." وأضاف أنه إذا واجه ثقب أسود واحدًا من هذه الثقوب البيضاء ، فستكون النتيجة ثقبًا أسود أكبر. كما لو أن فكرة الثقوب البيضاء غير المرئية والميكروسكوبية منذ فجر التاريخ لم تكن برية بما فيه الكفاية ، اقترح روفيلي وفيدوتو كذلك أن بعض الثقوب البيضاء في هذا الكون قد تسبق الانفجار العظيم. وقال إن البحث المستقبلي سوف يستكشف كيف يمكن لهذه الثقوب البيضاء من الكون السابق أن تساعد في تفسير سبب تدفق الوقت للأمام فقط في هذا الكون الحالي وليس العكس.
قام روفيلي وفيدوتو بتفصيل النتائج التي توصلوا إليها عبر الإنترنت في 11 أبريل في ورقة مقدمة إلى المسابقة السنوية لمؤسسة أبحاث الجاذبية لمقالات عن الجاذبية.
