سیاه‌چاله‌ها در ابتدای جهان چگونه شکل گرفته‌اند؟
سیاه‌چاله‌ها در ابتدای جهان چگونه شکل گرفته‌اند؟
مجله علمی ایلیاد - چگونگی شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم نادر که جرم بالاتر از یک میلیارد برابر جرم خورشید دارند، در ابتدای شکل‌گیری جهان، یکی از پرسش‌های بی‌پاسخ اخترفیزیکدانان است. «هومن داوودی‌اصل» و همکارانش از آزمایشگاه ملی بروکاون آمریکا، مدل جدیدی برای توضیح شکل‌گیری این غول‌های جهان نخستین توسعه داده‌اند و طی آن به نظریه‌ای ماهیت ماده‌ی تاریک نیز رسیده‌اند. جزئیات تحقیقات جدید آن‌ها در مجله‌ی Physical Review Letters منتشر شده است.
قبل از اینکه کهکشان‌ها به‌وجود بیایند، جهان داغ و چگال بوده است. اینکه چگونه دنیا سرد شده و به شکل کنونی درآمده موضوع جالبی است، ولی داده‌های آزمایشگاهی برای توضیح این رخداد وجود ندارد. با دانشی که در مورد ذرات شناخته‌شده‌ی کنونی در جهان داریم، نمی‌توانیم بفهمیم دنیا در ابتدا چه مسیری را پیموده است؛ زیرا نمی‌دانیم ذرات در ابتدای جهان چه برهمکنشی با یکدیگر داشته‌اند. شاید ذرات دیگری در ابتدای جهان وجود داشته‌اند که ما هنوز آن‌ها را نمی‌شناسیم.
برای پاسخ به پرسش‌های بالا، محققین مدلی برای ماده‌ی تاریک توسعه داده‌اند. در این مدل، ذرات ماده‌ی تاریک می‌توانند فوق سبک باشند و وزن آن‌ها ۲۸ مرتبه از پروتون سبک‌تر است. فرکانس برهمکنش‌هایی که بین مواد شناخته شده رخ می‌دهد، نشان می‌دهد که امکان تبدیل آن‌ها به سیاه‌چاله بسیار پایین است. با این حال اگر مواد تاریک بسیار سبک وجود داشته باشند ممکن است در ابتدای دنیا توانسته باشند طی یک فروپاشی تبدیل به سیاه‌چاله شوند.
تحقیقات اخیر نشان داده است که سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم خیلی قبل‌تر از چیزی که فیزیکدانان تصور می‌کردند در دنیای نخستین به‌وجود آمده‌اند. بنابراین فرصت کافی برای ادغام سیاه‌چاله‌های کوچک‌تر در یکدیگر و شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم وجود نداشته است.
محققین در مدل اخیر این فرضیه را در نظر گرفته‌اند که مواد تاریک فاز گذرایی داشته‌اند و توانسته‌اند تبدیل به سیاه‌چاله شوند. در ابتدای جهان، زمانی که دما به مقدار مناسب رسیده است، فشار به یکباره تا سطوح بسیار کم کاهش داشته است و به این ترتیب، گرانش توانسته باعث فروپاشی مواد شود. درک ما از مواد معمولی نشان می‌دهد که این اتفاق رخ نمی‌دهد، ولی ممکن است مواد دیگری وجود داشته باشند که بتوان این اتفاق را در مورد آن‌ها شدنی دانست.
واپاشی مواد در اثر کاهش فشار باعث ایجاد امواج گرانشی می‌شود. این امواج دارای مشخصات ویژه‌ای هستند و می‌توان انتظار داشت که بتوان آن‌ها را تشخیص داد. با این حال، آزمایش‌هایی که در مورد امواج گرانشی در حال حاضر انجام می‌شود، حساسیت لازم را برای شناسایی امواج گرانشی ناشی از واپاشی مواد ندارند. تا زمانی که امکان شناسایی این امواج وجود داشته باشد دانشمندان مدل پیشنهادی خود را با داده‌های جدید بهینه می‌کنند.