سیاهچاله‌های کوچک: چگونه می‌توانند از منظومه شمسی عبور کرده و باعث لرزش مریخ شوند؟

ما می‌توانیم آن‌ها را با تماشای تکان‌هایی در مدار مریخ شناسایی کنیم – و این می‌تواند به کشف ماده تاریک کمک کند.

سیاه‌چاله‌های اولیه (PBHs) اجرام فرضی هستند که ممکن است در اولین ثانیه پس از انفجار بزرگ، از محفظه‌های متراکم ماده یونیزه در حال فروپاشی متولد شده باشند. در طول ۱۳.۸ میلیارد سال گذشته آنها در سراسر کیهان پراکنده شده بودند.

اگر توده‌های نامرئی در سراسر جهان که فقط از طریق گرانش احساس می‌شوند، آشنا به نظر می‌رسند، خب، تصادفی نیست: PBH ها نامزد اصلی ماده تاریک هستند.

اکنون، تیمی از فیزیکدانان در ایالات متحده، بر اساس توزیع تخمینی ماده تاریک در یک منطقه معین از فضا، محاسبه کرده اند که چقدر ممکن است در گردن ما از جنگل تاب بخورند.

آنها دریافتند که یک سیاهچاله اولیه، که جرم یک سیارک را در فضایی به اندازه یک اتم جمع می کند، باید تقریباً هر ۱۰ سال یک بار در درون منظومه شمسی جریان یابد.

اگرچه ما نمی‌توانیم مستقیماً آن را ببینیم، اما چنین بازدیدکننده‌ای همچنان حضور خود را اعلام می‌کند. این تیم دریافتند که اگر یک PBH به حدود ۴۵۰ میلیون کیلومتری (۲۸۰ میلیون مایل) مریخ برسد، باعث ایجاد یک لرزش قابل تشخیص در مدار سیاره سرخ می شود.

این جابجایی در طول ۱۰ سال تنها حدود ۱ متر (۳.۳ فوت) خواهد بود، اما این برای حسگرها کافی است، زیرا ما می‌توانیم فاصله مریخ از زمین را تا حدود ۱۰ سانتی‌متر (۴ اینچ) اندازه‌گیری کنیم.

مطالعه با یک سوال فرضی جالب شروع شد: اگر یک PBH از کنار شخصی عبور کند چه اتفاقی می‌افتد؟ نویسنده اصلی، اخترفیزیکدان، تونگ تران از موسسه فناوری ماساچوست (MIT)، تقریباً محاسبه کرد که اگر یکی از آنها به یک متری شما برسد، در عرض ۱ ثانیه به فاصله ۶ متری پرت خواهید شد.

در حالی که این سناریو بسیار بعید است، تیم را متعجب کرد که چگونه پرواز PBH در منظومه شمسی بر سیارات و قمرها تأثیر می گذارد.

تونگ می‌گوید: ما برون‌یابی کردیم تا ببینیم اگر سیاه‌چاله‌ای از کنار زمین بگذرد و ماه را کمی تکان دهد، چه اتفاقی می‌افتد.

‘اعدادی که ما به دست آوردیم خیلی واضح نبودند. بسیاری از دینامیک های دیگر در منظومه شمسی وجود دارد که می تواند به عنوان نوعی اصطکاک عمل کند و باعث می شود ارتعاش از بین برود.’

بنابراین، محققان سپس اثرات پرواز PBH بر روی عطارد، زهره و مریخ را شبیه‌سازی کردند تا ببینند که آیا تاب‌شدن آنها راحت‌تر است یا خیر. از میان آنها، مریخ واضح ترین سیگنال را داد، عمدتاً به این دلیل که این سیاره به شدت تحت نظارت است.

سوال واضحی که مطرح می‌شود این است که اگر یک PBH تنها با جرم یک سیارک بتواند این کار را انجام دهد، آیا هر سنگ فضایی که از جلو می‌چرخد همان تأثیر را اعمال نمی‌کند؟ پاسخ این است که بله، به نوعی. اما اثر متفاوت به نظر می رسد.

سیارک ها نسبتا آهسته حرکت می کنند و تمایل دارند به همان قرص دور خورشید که سیارات هستند بچسبند، بنابراین فعل و انفعالات آنها در مقیاس های زمانی طولانی تری اتفاق می افتد. اما یک PBH از هر جهت با سرعت ۲۰۰ کیلومتر در ثانیه در منظومه شمسی عبور می کند. تعاملات سریع آنها به عنوان یک نقطه در زمان برجسته می شود.

با این حال، شبیه‌سازی‌های دقیق‌تر که شامل اشیاء بیشتری است باید انجام شود تا درک دقیق‌تری از آن دینامیک به دست آید.

دیوید کایزر، فیزیکدان MIT، می‌گوید: «ما تا آنجا که می‌توانیم به وضوح پیش‌زمینه‌های مورد انتظار، مانند سرعت‌های معمول و توزیع سنگ‌های فضایی خسته‌کننده، در مقابل این سیاه‌چاله‌های اولیه نیاز داریم».

‘خوشبختانه برای ما، ستاره شناسان برای دهه ها سنگ های فضایی معمولی را هنگام پرواز در منظومه شمسی ما ردیابی کرده اند، بنابراین ما می توانیم ویژگی های معمول مسیر آنها را محاسبه کرده و شروع به مقایسه آنها با انواع مسیرها و سرعت های بسیار متفاوتی کنیم که سیاهچاله های اولیه دارند. باید دنبال شود.’

البته ما حتی نمی دانیم که سیاهچاله های اولیه وجود دارند. اما با کمی کار بیشتر، این امکان وجود دارد که ستاره شناسان شانس بیاورند، لرزش مریخ را ببینند و یکی از بزرگترین اسرار کیهان شناسی را کشف کنند.