در مواجهه با هزینههای سرسامآور، زمان ساخت طولانی، و کاهش شدید بودجههای علمی توسط دولت ترامپ، فیزیکدانان جایگزینی ارزانتر برای شتابدهندههای نسل بعد پیشنهاد دادهاند: نگاه کردن به درون سیاهچالهها.
در ابتدا، دانشمندان امیدوار بودند که ذرات مرموز ماده تاریک از برخورد پروتونهای پرانرژی در برخورددهنده بزرگ هادرونی (LHC) در سرن آشکار شوند، اما تا به امروز هیچ نشانهای از این ذرات یافت نشده است.
در نتیجه، کشف ماده تاریک ممکن است دههها به طول بینجامد، تا زمانی که شتابدهندههای قویتری ساخته شوند.
اما شاید نیازی به آن نباشد. طبق پژوهشی که در ۱۳ خرداد در مجله Physical Review Letters منتشر شد، گروهی از محققان پیشنهاد دادهاند که پاسخ ما ممکن است در برخوردهای خشن داخل قرصهای برافزایشی سریعالحرکت اطراف سیاهچالههای عظیم نهفته باشد.
جوزف سیلک، استاد اخترفیزیک در دانشگاه جان هاپکینز و دانشگاه آکسفورد، میگوید:
«یکی از امیدهای بزرگ در ساخت برخورددهندههایی مانند LHC، تولید ذرات ماده تاریک بود، اما هنوز هیچ نشانهای نیافتهایم. به همین دلیل است که بحثهایی برای ساخت نسخه بسیار قدرتمندتری از آن، یعنی برخورددهنده نسل بعد، در جریان است. اما در حالیکه ما ۳۰ میلیارد دلار هزینه میکنیم و ۴۰ سال برای ساخت این شتابدهنده صبر میکنیم، طبیعت شاید همین حالا از طریق سیاهچالههای ابرپرجرم، نگاهی از آینده به ما نشان دهد.»
برخورددهندههای ذرات با کوباندن ذرات به یکدیگر با سرعتی نزدیک به نور کار میکنند و برخوردهایی را پدید میآورند که در آنها بنیادیترین اجزای عالم، برای لحظاتی کوتاه، بهصورت آوار پرانرژی ظاهر میشوند.
از همین برخوردها بود که ذرهی گریزان بوزون هیگز در سال ۲۰۱۲ کشف شد؛ ذرهای که به سایر ذرات جرم میدهد.
با وجود این کشف بزرگ و دستاوردهای دیگر (از جمله نقش کلیدی در توسعه اینترنت، محاسبات و برخی درمانهای سرطان)، هنوز برخورددهنده بزرگ سرن موفق به تولید ذرات ماده تاریک نشده است؛ احتمالاً به این دلیل که انرژی لازم برای ساخت چنین ذراتی را ندارد.
ماده تاریک یکی از اسرارآمیزترین اجزای جهان است و حدود ۲۷٪ از محتوای گمشده کیهان را تشکیل میدهد. اما از آنجا که با نور برهمکنش ندارد، هنوز بهطور مستقیم شناسایی نشده است. بنابراین با وجود شواهد بیشمار از تأثیر آن در ساختار کیهان، دانشمندان هنوز نمیدانند منشأ آن چیست و از چه چیزی ساخته شده است.
به دنبال منبع جدیدی برای تولید ذرات ماده تاریک، پژوهشگران این مطالعه به سراغ سیاهچالهها رفتهاند. مشاهدات تلسکوپهای فضایی نشان داده که سیاهچالههای چرخان میتوانند جتهای عظیمی از پلاسما را از قرصهای برافزایشی داغ اطراف خود پرتاب کنند.
و طبق محاسبات این پژوهشگران، این جتها میتوانند بسیار نیرومندتر از آنچه پیشتر تصور میشد باشند — تا جایی که انرژی برخورد ذرات در آنها، با انرژی پیشبینیشده در برخورددهندههای آینده برابری کند.
سیلک میگوید:
«برخی از ذرات حاصل از این برخوردها به درون سیاهچاله میروند و برای همیشه ناپدید میشوند. اما برخی دیگر بهدلیل انرژی و تکانهشان از آن خارج میشوند — و این همان ذراتی هستند که با انرژیهایی بیسابقه شتاب میگیرند.»
تیم سیلک محاسبه کردهاند که انرژی تولیدشده توسط این جتها میتواند «به اندازه انرژی یک شتابدهنده فوقالعاده باشد — یا حتی بیشتر.» او افزود: «واقعاً سخت است بگوییم حد نهایی این انرژیها کجاست.»
برای آشکارسازی ذراتی که از این برخوردهای سیاهچالهای بیرون میزنند، پژوهشگران پیشنهاد میکنند که از رصدخانههایی که برای بررسی ابرنواخترها طراحی شدهاند، مانند رصدخانه IceCube در قطب جنوب یا تلسکوپ Neutrino Kilometre Cube، استفاده شود.
سیلک میگوید:
«اگر سیاهچالههای ابرپرجرم بتوانند از طریق برخوردهای پروتونهای پرانرژی این ذرات را تولید کنند، آنگاه ممکن است ما یک سیگنال روی زمین دریافت کنیم — ذرهای با انرژی بسیار بالا که بهسرعت از درون آشکارسازهای ما عبور میکند. این میتواند نشانهای باشد از وجود یک برخورددهنده ذرات نوظهور درون اسرارآمیزترین اجرام کیهان، با انرژیهایی که هیچ شتابدهنده زمینی توان دستیابی به آن را ندارد. شاید چیزی با امضای عجیب ردیابی شود که شواهدی از ماده تاریک را آشکار کند — البته این فرضیه بزرگی است، اما غیرممکن نیست.»
