آیا ماده تاریک مجموعه‌ای از سیاهچاله‌ها است که در طول بیگ‌بنگ تشکیل شدند؟

سیاهچاله‌ها مانند کوسه‌ها هستند: زیبا و ساده و ترسناک از دیدگاه مردم که در تاریکی‌ها کمین کرده‌اند. سیاه‌بودن سیاهچاله‌ها تخمین تعداد و اندازه‌ی آن‌ها را دشوار می‌سازد؛ بنابراین، کشف اولین امواج گرانشی (نشانه‌ی وجود سیاهچاله‌ها) در سال ۲۰۱۵ در رصدخانه‌ی موج گرانشی تداخل‌سنج لیزری (LIGO) دستاورد شگفت‌انگیز و بزرگی بود. قبل از LIGO، جرم بزرگ‌ترین سیاهچاله‌های کشف‌شده ۲۰ برابر جرم خورشید بود؛ اما بعدها سیاهچاله‌هایی با جرم ۳۰ جرم خورشیدی کشف شدند.

علاوه‌بر‌این، LIGO ادغام اجرام بزرگ با یکدیگر را رصد کرد. با توجه به این رصدها، اخترفیزیک‌دانان متوجه شدند تعداد سیاهچاله‌ها فراتر از حد تصور آن‌ها است. کشف برخوردها و پدیده‌های جدید روحی تازه در ایده‌های قدیمی دمید. می‌دانیم سیاهچاله‌ها پس از مرگ ستاره‌ها به‌وجود می‌آیند؛ اما شاید برخی سیاهچاله‌ها در طول بیگ بنگ تشکیل شده باشند. ماده‌ی تاریک می‌تواند مجموعه‌ای از سیاهچاله‌های آغازین باشد؛ بااین‌حال، ذرات ماده‌ی تاریک با وجود دَه‌ها سال پژوهش از نظر پنهان ماندند.

در سال ۲۰۱۷ پس از انتشار مقاله‌ی یاسین علی حمود، اخترفیزیک‌دان دانشگاه نیویورک، توجه بسیاری از پژوهشگران به سیاهچاله‌ها جلب شد. طبق محاسبات او، اگر تعداد سیاهچاله‌های جهان آغازین برای تشکیل ماده‌ی تاریک کافی باشد، به‌مرورزمان این سیاهچاله‌ها به زوج‌های دودویی تبدیل می‌شوند و در مدارهایی نزدیک به دور یکدیگر می‌چرخند، سپس با سرعتی هزار برابر سرعت رصدهای LIGO با یکدیگر ادغام می‌شوند. حمود پژوهشگران دیگر را هم تشویق کرد تا با رویکردهای مختلفی این فرضیه را بررسی کنند؛ اما بسیاری از آن‌ها امید خود را از دست دادند.

حالا با توجه به افزایش پژوهش‌ها، نگاه‌ها به‌سمت فرضیه‌ی سیاهچاله‌ی آغازین است. کارستن جدامزیک، کیهان‌شناس دانشگاه مونتپلیر، در یکی از مقاله‌های خود نشان می‌دهد که چگونه مجموعه‌ی عظیمی از سیاهچاله‌های آغازین با یکدیگر برخورد می‌کنند؛ برخوردهایی که با رصدهای LIGO منطبق هستند. فرضیه‌ی اصلی سیاهچاله‌ها به دهه‌ی ۱۹۷۰ و همکاری استیون هاوکینگ و برنارد کار باز می‌گردد. طبق استدلال کار و هاوکینگ، در اولین کسرهای ثانیه‌‌ی جهان آغازین، نوسان‌های کوچک در چگالی جهان به ایجاد مناطقی با جرم بسیار زیاد منجر شدند. هرکدام از این مناطق به سیاهچاله‌ تبدیل شدند. طبق محاسبات دقیق هاوکینگ اگر سیاهچاله‌های آغازین بزرگتر از سیارک‌های کوچک باشند، احتمالا جایی در جهان کنونی مخفی شدند.

در دهه‌ی ۱۹۹۰، نظریه‌ی «تورم کیهانی» مطرح شد. طبق این نظریه، جهان بلافاصله پس از بیگ‌بنگ با سرعت سریعی منبسط شده است. این تورم می‌تواند توضیحی برای نوسان‌های اولیه‌ در چگالی باشد. وقتی جهان تازه متولد شده بود، کل ماده و انرژی آن در وضعیت پلاسمایی بسیار داغی بودند. پس از صدهزارم ثانیه، جهان کمی سردتر شد و پلاسما بخش زیادی از کوارک‌ها و گلوئون‌های خود را از دست داد. این ذرات به یکدیگر پیوستند و ذرات سنگین‌تر را تشکیل دادند. با پیوستن این ذرات به یکدیگر، فشار هم کاهش یافت و همین رویداد می‌تواند به فروپاشی برخی مناطق و تبدیل آن‌ها به سیاهچاله کمک کرده باشد.

با توجه به اطلاعات به‌دست‌آمده، نظریه‌پردازانی مثل بایرنز و یوان گارسیا بلیدو در دانشگاه مادرید، سال‌های گذشته را صرف پژوهش‌هایی درباره‌ی جهان آغازین کردند. در ابتدا، کوارک‌ها و گلوئون‌ها با یکدیگر ترکیب شدند و پروتون‌ها و نوترون‌ها را تشکیل دادند. بدین‌ترتیب، فشار کاهش یافت و مجموعه‌ای از سیاهچاله‌های آغازین تشکیل شدند. با توجه به کاهش پیوسته‌ی دمای جهان، ذراتی مثل پیون‌ها شکل گرفتند. بدین‌ترتیب، فشار بازهم کاهش یافت و سیاهچاله‌های بیشتری تشکیل شدند. هم‌زمان با این اتفاقات فضا هم به انبساط خود ادامه داد. جرم اولین سیاهچاله‌ها تقریبا برابر با یک جرم خورشیدی بود؛ اما جرم دومین مجموعه به سی جرم خورشیدی رسید.

سیاهچاله‌های آغازین سیاهچاله‌هایی دودویی را تشکیل دادند. براساس نتیجه‌گیری جدامزیک، احتمالا سیاهچاله‌ی سومی به زوج‌های اولیه نزدیک شده و جای خود را با یکی از آن‌ها عوض کرده است. این فرایند به‌طور پیوسته تکرار می‌شود. به‌مرورزمان از این جابه‌جایی‌ها سیاهچاله‌هایی دودویی با مدارهای مدور باقی می‌ماند. این شریک‌ها سرعت کمی دارند؛ به‌همین‌دلیل، احتمال برخوردشان اندک است.

به‌عقیده‌ی جدامزیک، سیاهچاله‌های آغازین در خوشه‌های تاریکی قرار می‌گیرند که قطر آن برابر با فاصله‌ی بین خورشید و نزدیک‌ترین ستاره به آن است. هرکدام از این خوشه‌ها می‌توانند شامل تقریبا هزار سیاهچاله باشند. سیاهچاله‌های عظیم در مرکز قرار می‌گیرند و سیاهچاله‌های کوچک‌تر و سبک‌تر فضای باقی‌مانده‌ی اطراف را پر می‌کنند. این خوشه‌ها در هر نقطه‌ای وجود دارند که ستاره‌‌شناسان آن را ماده‌ی تاریک می‌پندارند. همان‌طورکه سیاره‌ها در اطراف ستاره‌ی میزبان خود می‌چرخند، حرکت مداری هر سیاهچاله‌ هم مانع از انحراف دیگری می‌شود؛ اما در مواقع استثنا با یکدیگر برخورد می‌کنند و ادغام می‌شوند.

درحال‌حاضر، فیزیک‌دانان دیگری در حال بررسی ابعاد مختلف نظریه‌ی سیاهچاله‌های آغازین هستند. در این زمینه، آن‌ها منابع درخشان دوردست را بررسی می‌کنند و منتظر عبور شیئی تاریک از مقابل آن‌ها می‌مانند. رصدهای آینده از رازهای بسیاری در این زمینه پرده برمی‌دارند.