ربما تكون الثقوب السوداء البدائية (PBHs)، التي تشكلت بعد وقت قصير من الانفجار الكبير، تشهد أحداثًا متفجرة في جميع أنحاء الكون. تقترح دراسة حديثة أجراها الفيزيائيان النظريان الدكتور ماركو كالزا والدكتور جواو جي روزا من جامعة كويمبرا أن هذه الانفجارات، المدفوعة بإشعاع هوكينج، يمكن اكتشافها من خلال الحساسية المتقدمة للتلسكوبات المستقبلية. مثل هذه الأحداث، إذا تمت ملاحظتها، يمكن أن توفر فهمًا أعمق للجسيمات غير المستكشفة وتكشف النقاب عن الفيزياء الأساسية.
فهم الثقوب السوداء البدائية
يُعتقد أن PBHs قد نشأت من مناطق عالية الكثافة في بداية الكون، وهي مجرد أجزاء من الانفجار الثاني بعد الانفجار الكبير. تم وضع نظرية هذه الكيانات المدمجة في البداية في عام 1967 من قبل العلماء ياكوف زيلدوفيتش وإيجور نوفيكوف، وربما كانت صغيرة مثل الجسيمات دون الذرية. وعلى عكس نظيراتها الأكثر ضخامة، كان من الممكن أن تتشكل هذه الكواكب بشكل مستقل من الانهيار النجمي، وبدلاً من ذلك ينشأ من تقلبات الطاقة في “حساء” الكون البدائي من الجسيمات.
السؤال الرئيسي الذي لم تتم الإجابة عليه هو ما إذا كانت PBHs مسؤولة عن المادة المظلمة، التي تشكل 85% من جميع المواد في الكون ولكنها لا تزال غير مكتشفة. تدعم النماذج الكونية نظرية PBHs، لكن المراقبة المباشرة لم تؤكد وجودها بعد.
دور إشعاع هوكينج
إحدى السمات المميزة لـ PBHs هي قدرتها على إصدار إشعاع هوكينج، وهي عملية كمومية نظريها الراحل ستيفن هوكينج. تشير هذه العملية إلى أن الثقوب السوداء تفقد كتلتها تدريجيًا عن طريق إطلاق الإشعاع عندما تنشأ أزواج من الجسيمات الافتراضية بالقرب من أفق الحدث. في الثقوب السوداء الأكبر حجمًا، يكاد يكون هذا الإشعاع غير قابل للاكتشاف، لكن الثقوب السوداء السوداء الأصغر حجمًا ستصدر كمية كبيرة، مما قد يكشف عن وجودها لعلماء الفلك.
وفقًا للدكتور كالزا، يمكن للثقوب السوداء الأخف وزنًا أن تبعث فوتونات وإلكترونات وحتى نيوترينوات بكميات يمكن اكتشافها. ومع فقدان كتلتها، فإن PBHs تشع بشكل أكثر كثافة، مما يؤدي في النهاية إلى انفجار قوي من الإشعاع – وهو الحدث الذي تراقبه أجهزة كشف أشعة جاما والنيوترينو بشكل نشط.
التحقيق في انفجارات PBH لاكتشافات جديدة
في الدراسة المنشورة في مجلة فيزياء الطاقة العالية، قدم الدكتور كالزا والدكتورة روزا طرقًا لتتبع كتلة ودوران PBHs مع اقترابها من لحظاتها النهائية. يمكن أن تشير الأفكار المتعمقة حول دوران PBH إلى وجود جسيمات جديدة مثل المحاور، وهو ما تنبأت به نظرية الأوتار. يقترح الدكتور روزا أن مراقبة انفجارات PBH يمكن أن تكشف عن فيزياء جديدة من خلال التمييز بين نماذج الجسيمات من خلال طيف إشعاع هوكينج.
قد تسمح التلسكوبات عالية الحساسية القادمة للعلماء قريبًا باكتشاف هذه الأحداث الكونية، وتسليط الضوء على المادة المظلمة بعيدة المنال وتوسيع فهم البنية الأساسية لكوننا.
