لرزش مدار مریخ ممکن است نشانه پرواز سیاه‌چاله‌ای آغازین در منظومه شمسی باشد

فیزیکدانان در مطالعه‌ای جدید بیان می‌کنند که اگر بخش عمده‌ی ماده تاریک جهان از سیاه‌چاله‌های آغازین میکروسکوپی تشکیل شده باشد، پس این کوتوله‌های گرانشی باید دست‌کم یک مرتبه در هر دهه به منظومه شمسی سفر کنند. پژوهشگران پیش‌بینی می‌کنند که پرواز سریع این سیاه‌چاله‌ها، مدار مریخ را تا حدی که با فناوری امروزی آشکارشدنی است، دچار تغییرات جزئی خواهد کرد.

تشخیص چنین لرزش‌هایی در مدار سیاره مریخ، می‌تواند از این ایده که سیاه‌چاله‌های آغازین منبع اصلی ماده تاریک در سرتاسر جهان هستند، حمایت کند. دیوید کایزر، فیزیکدان و تاریخدان علم در ام‌آی‌تی و از نویسندگان مطالعه، می‌گوید:

با توجه به دهه‌ها دورسنجی دقیق، دانشمندان از فاصله‌ی بین زمین و مریخ با دقتی درحدود ۱۰ سانتی‌متر آگاهی دارند. ما با بهره‌گیری از این منطقه از فضا که با دقت بالا اندازه‌گیری کرده‌ایم، به‌دنبال اثری کوچک می‌گردیم. اگر آن را ببینیم، دلیلی واقعی برای تداوم پیگیری این ایده‌ی جذاب خواهیم داشت که کل ماده تاریک از سیاه‌چاله‌هایی تشکیل شده است که در کمتر از یک ثانیه پس از بیگ‌بنگ پدید آمدند و در ۱۴ میلیارد سال گذشته در سرتاسر جهان پخش شده‌اند.

کایزر و همکارانش شامل تونگ تران، نویسنده اصلی مطالعه و دانشجوی تحصیلات تکمیلی در دانشگاه استنفورد و سارا گلر، پژوهشگر پسادکترا در دانشگاه کالیفرنیا سانتا کروز و بنجامین لمان، پژوهشگر فیزیک در ام‌آی‌تی، یافته‌هایشان را هفته‌ی گذشته در نشریه «فیزیکال ریویو دی» منتشر کردند.

کمتر از ۲۰ درصد از کل ماده‌‌ی موجود در جهان که تمام اجسام مشاهده‌پذیر اطرافمان، از سیاره‌ها تا درختان را دربرمی‌گیرد، از نوع ماده معمولی است. بیش از ۸۰ درصد بقیه، ماده تاریک نام دارد؛ شکلی فرضی از ماده که با هیچ بخشی از طیف الکترومغناطیسی برهم‌کنش ندارد؛ اما تصور می‌شود که جهان را دربرگرفته و نیروی گرانشی‌اش آن‌قدر قوی است که بر حرکت ستارگان و کهکشان‌ها اثر می‌گذارد.

در سال‌های اخیر، احتمال دیگری که برای اولین‌بار در دهه‌ی ۱۹۷۰ مطرح شد، بار دیگر توجهات را جلب کرده است: ماده تاریک به‌جای شکل ذره‌ای، می‌تواند به‌صورت سیاه‌چاله‌های میکروسکوپی آغازین که در اولین لحظات پس از بیگ‌بنگ شکل گرفتند، وجود داشته باشد. سیاه‌چاله‌های آغازین برخلاف سیاه‌چاله‌های اخترفیزیکی که از فروپاشی ستارگان قدیمی تشکیل می‌شوند، از فروپاشی توده‌های متراکم گاز در دوران بسیار اولیه‌ی کیهان پدید آمده‌اند و با انبساط و سردشدن جهان، در سرتاسر کیهان پراکنده می‌شوند.

سیاه‌چاله‌های آغازین می‌توانستند حجم عظیمی از جرم را در فضایی کوچک فرو بریزند. اغلب این سیاه‌چاله‌ها می‌توانند به کوچکی یک اتم و به سنگینی بزرگ‌ترین سیارک‌ها باشند؛ درنتیجه می‌توان تصور کرد که چنین غول‌های کوچکی بتوانند حدی از نیروی گرانشی را اعمال کنند که قادر به توضیح دست‌کم بخشی از ماده تاریک باشد. برای تیم ام‌آی‌تی، این احتمال پرسشی درابتدا بیهوده را مطرح کرد.

تونگ می‌گوید: «فکر می‌کنم یک نفر از من پرسید چه می‌شود اگر سیاه‌چاله‌ای آغازین از بدن انسان عبور کند.» او با محاسباتی سرانگشتی متوجه شد که اگر چنین سیاه‌چاله‌ای در فاصله‌ی یک متری انسان بچرخد، نیروی سیاه‌چاله در عرض یک ثانیه فرد را تا فاصله‌ی ۶ متر هل می‌دهد. بااین‌حال، از نظر نجومی بعید است که سیاه‌چاله‌ای آغازین از نزدیکی انسان روی زمین عبور کند.

پرسش یادشده نظر پژوهشگران را جلب کرد. آن‌ها محاسبات تونگ را یک گام فراتر بردند تا دریابند که پرواز گذری سیاه‌چاله چگونه ممکن است بر اجسام بسیار بزرگ‌تر نظیر ماه و زمین اثر بگذارد. تونگ می‌گوید: «ما محاسبات را تعمیم داد تا دریابیم چه می‌شود اگر سیاه‌چاله از کنار زمین بگذرد و ماه را کمی بلرزاند. اعدادی که به‌دست آوریم، چندان واضح نبودند. تعاملات بسیار دیگری در منظومه شمسی وجود دارد که می‌توانند به‌عنوان نوعی اصطکاک عمل کنند و از شدت تاب‌برداشتن ماه بکاهند.»

تیم پژوهشی برای به‌دست‌آوردن تصویر واضح‌تر، شبیه‌سازی نسبتا ساده‌ای از منظومه شمسی اجرا کرد که مدارها و تعاملات گرانشی بین تمام سیاره‌ها و برخی از بزرگ‌ترین قمرها را دربرمی‌گیرد. لمان خاطرنشان می‌کند: «شبیه‌سازی‌های پیشرفته‌ی منظومه شمسی شامل بیش از یک میلیون جرم است که هرکدام اثر اضافی کوچکی دارند. اما حتی با مدل‌سازی ۲۴ جسم در یک شبیه‌سازی دقیق، می‌توانیم به وجود اثری واقعی با امکان بررسی پی ببریم.»

پژوهشگران براساس مقدار ماده تاریکی که در منطقه‌ای معین از فضا قرار دارد و جرم سیاه‌چاله‌ی درحال گذر که فرض کردند به اندازه‌ی بزرگ‌ترین سیارک‌های موجود در محله‌ی کیهانی ما است، سرعت عبور سیاه‌چاله‌ای آغازین از درون منظومه شمسی را تخمین زدند.

به‌گفته‌ی سارا گلر، نویسنده‌ی همکار مطالعه، سیاه‌چاله‌های آغازین در منظومه شمسی زندگی نمی‌کنند، بلکه در سرتاسر جهان پخش می‌شوند و احتمال می‌رود که هر ده سال یک‌بار یا بیشتر، از منظومه شمسی درونی عبور کنند. با توجه به این نرخ، پژوهشگران سیاه‌چاله‌های مختلف هم‌جرم سیارک را که با سرعت تقریبا ۲۴۰ کیلومتر بر ثانیه از زوایای مختلف در منظومه شمسی حرکت می‌کنند، شبیه‌سازی کردند.

تیم پژوهشی به این نتیجه رسید که اگر سیاه‌چاله‌ای آغازین از فاصله‌ی چند صد کیلومتری مریخ بگذرد، این مواجهه موجب «تاب‌برداشتن» یا انحراف جزئی در مدار سیاره سرخ می‌شود. درطول چند سال پس از چنین مواجهه‌ای، مدار مریخ باید درحدود یک متر جابه‌جا شود که با توجه به فاصله‌ی بیش از ۲۲۵ میلیون کیلومتری این سیاره از زمین، تغییری بسیار کوچک است. بااین‌حال، این لرزش را می‌توان با ابزارهای مختلف بسیار دقیق که امروزه مریخ را زیر نظر دارند، شناسایی کرد.

پژوهشگران اذعان می‌کنند که اگر چنین لرزشی در چند دهه‌ی آینده شناسایی شود، همچنان به تلاش‌های بسیار زیادی نیاز داریم تا تایید کنیم که این فشار به‌جای سیارکی معمولی، از جانب سیاه‌چاله‌ای درحال گذر وارد شده است.