يقوم هذا الفيزيائي بالبحث عن أكبر ثقب أسود في الكون

لا يمكن وصف أي ثقب أسود بأنه صغير. حتى أصغرها تبلغ كتلتها أضعاف كتلة الشمس. ولكن هناك حديث الآن عن مجموعة متنوعة تلقي بظلالها على جميع الثقوب السوداء الأخرى: الثقوب السوداء الضخمة بشكل هائل، والمعروفة باسم SLABs. يمكن أن تكون هذه الوحوش المظلمة ضخمة مثل المجرات بأكملها أو حتى أكبر.

ظهرت فكرة SLABs لأول مرة منذ بضع سنوات، جزئيًا كمنتج ثانوي لرغبة علماء الفلك في الكشف عن المادة المظلمة، وهي المادة الغامضة التي تشكل 85% من جميع المواد في الكون. منذ ذلك الحين، بحثوا عن الألواح من خلال محاولة اكتشاف الضوء الذي تنبعث منه أو الطريقة التي تنحني بها الزمكان. لكن في وقت سابق من هذا العام، اقترح عالم الفلك برايان لاكي في مشروع Breakthrough الاستماع ومقره في جامعة أكسفورد طريقة أخرى للكشف عن SLABs، والتي تنطوي على البحث عن الظلال التي تلقيها على الخلفية الكونية الميكروية (CMB)، الضوء الذي صدر مباشرة بعد الانفجار الأعظم الذي يغمر الكون بأكمله الآن.

عالم جديد تحدثت مع لاكي عن الفكرة الجديدة الجامحة لهذه الثقوب السوداء العملاقة، وعن فرصنا في العثور على واحد منها، وكيف سيهز ذلك علم الكونيات إذا فعلنا ذلك. من جانبه، اهتم لاكي بالموضوع لأول مرة بطريقة مفاجئة: وذلك بفضل وظيفته اليومية في البحث عن ذكاء خارج كوكب الأرض.

مات فون هيبل: لقد اهتممت أولاً بـ SLABs من خلال عملك في مبادرة Breakthrough الاستماع. لذا، فإن مهمتك الرئيسية هي صيد الكائنات الفضائية، وليس الثقوب السوداء. لنبدأ هناك.

بريان لاكي: يعد برنامج Breakthrough الاستماع أكبر جهد لإجراء SETI، وهو البحث عن كائنات ذكية خارج كوكب الأرض. إنه البحث العلمي عن التوقيعات التكنولوجية، أو علامات الأدلة على التكنولوجيا الغريبة. الطريقة الأساسية للقيام بذلك هي من خلال النظر إلى موجات الراديو. نحن نبحث عن علامات، على سبيل المثال، البث الإذاعي الذي يشغل نطاقًا ضيقًا جدًا من الترددات. نعتقد أنه من الصعب جدًا إنتاجها بشكل طبيعي، لذلك إذا وجدنا واحدًا، وإذا تمكنا من استبعاد أنه تداخل لاسلكي منا – وهو أمر صعب للغاية – فقد يكون لدينا علامة على نوع ما من التكنولوجيا خارج كوكب الأرض.

هناك طرق أخرى ممكنة للبحث عن كائنات ذكية خارج كوكب الأرض، على سبيل المثال، نبضات الليزر القصيرة جدًا. لا نعتقد حقًا أن هناك الكثير في الكون الذي ينتج وميضًا من الضوء يستمر لمدة نانوثانية فقط. نحن نتشارك مع مجموعة من المرافق والبرامج المختلفة حول العالم للبحث عن هذه التوقيعات التقنية. ونحن إلى حد كبير أكبر مجموعة تقوم بذلك.

وكيف يرتبط البحث عن كائنات ذكية خارج كوكب الأرض بهذه الثقوب السوداء الضخمة؟

أنا مُنظِّر. أنا أفكر في ما قد يكون هناك، والذي يخبرنا عن أنواع الأشياء التي يمكننا البحث عنها في بحثنا عن الحياة. اقترح الناس أن الكائنات الذكية خارج كوكب الأرض قد لا تجلس على كواكبها فحسب؛ قد يبنون هياكل كبيرة جدًا بحجم النظام الشمسي أو أكبر. أحدها يسمى سرب دايسون، حيث تحيط النجم بمجموعة من العناصر التي تمتص الضوء وتستخدمه لتشغيل كل ما يحتاجه المجتمع، سواء كان موطنًا أو حوسبة أو أي شيء.

منذ حوالي 10 سنوات، كان الناس يفكرون بشكل أكبر وينظرون إلى كيفية عمل هذا النوع من الأشياء على نطاق المجرة. اقترحت أنه بدلاً من وضع أسراب حول النجوم، قد يكون لديك مجتمعات متقدمة جدًا تضع حبيبات الغبار الاصطناعي في الوسط بين النجوم، وتحتوي كل منها على جهاز كمبيوتر مجهري. ستظل هذه البقع من الغبار قادرة على امتصاص ضوء النجوم، ولكن لأنها بعيدة جدًا، فإنها ستكون باردة جدًا. نحن نتحدث عن درجة حرارة أعلى من إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، ربما 3 أو 4 كلفن. السبب وراء قيام الذكاء بذلك هو الكفاءة؛ كلما أصبحت أكثر برودة، كلما زادت العمليات الحسابية التي يمكنك القيام بها باستخدام قطعة من الطاقة.

ثم أخذت الأمور خطوة أبعد واقترحت، إذا كنت تريد حقًا دفع الأمور إلى أقصى حد ممكن، واستخدام أكبر عدد ممكن من أجهزة الكمبيوتر الصغيرة، فقد ترغب أيضًا في تسخير ثقب أسود ضخم تبلغ كتلته كوادريليون كتلة شمسية لتبريد أجهزة الكمبيوتر الصغيرة الخاصة بك لأنه يمكنك وضع الكثير منها في الفضاء المحيط به. كل هذا مجرد تكهنات، لكن النقطة المهمة هي: إذا كان مثل هذا الثقب الأسود موجودًا بالفعل، فسنكون قادرين من حيث المبدأ على اكتشافه.

هذا بري. كنت تتخيل مجتمعات فضائية تستخدم هذه الثقوب السوداء الكبيرة للغاية كمشتت للحرارة، مثل المبرد الموجود في محرك السيارة.

نعم، هذا أحد الاستخدامات الممكنة. فكرة أخرى هي أنهم قد يصنعون محركًا حراريًا حيث تتدفق الحرارة، على سبيل المثال، من إشعاع الخلفية الكونية الميكروي إلى الثقب الأسود. يمكنك استخدام مثل هذا التدفق من الحرارة لتوليد الطاقة على نطاق كوني.

انتظر، رغم ذلك – هل لا يتم استبعاد SLAB من خلال ما نعرفه بالفعل عن الكون؟

نحن نعرف نوعين رئيسيين من الثقوب السوداء. هناك الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية، والتي عادة ما تصل كتلتها إلى حوالي 100 كتلة شمسية، ثم هناك الثقوب السوداء فائقة الكتلة الموجودة في قلب المجرات، والتي تتراوح كتلتها من حوالي مليون كتلة شمسية إلى بضع عشرات المليارات.

يعتقد معظم الناس أن الثقوب السوداء الهائلة هي الأكبر. عندما يقترب الغاز حقًا من الثقب الأسود، فإنه ينتج الكثير من الإشعاع. يمكن أن تنتج نفاثات من الجسيمات، ويمكن أن تنتج الرياح، وكلها تعمل كضغط يدفع المادة إلى الخارج. ولذلك، كان يُعتقد أنه بسبب تأثير الاختناق هذا، لا يمكن للثقب الأسود أن ينمو ليصبح أكبر من حوالي 100 مليار كتلة شمسية. ولكننا في الواقع لا نعرف ذلك على وجه اليقين.

لم تكن أول من فكر في SLABs. ومن صاحب فكرة إمكانية وجودهم؟ وكيف أصبحوا بهذا الحجم على أي حال؟

وكان أول شخص فكر فيها بشكل منهجي – وصاغ الاسم – هو عالم الفلك برنارد كار في جامعة كوين ماري في لندن. اقترح كار ومعاونوه في عام 2020 أنه من الممكن أن تكون SLABs قد تشكلت بعد وقت قصير من الانفجار الأعظم. يُعتقد أنه ربما كانت هناك تقلبات نادرة في مجال كثافة الخلفية الموحد للكون بعد وقت قصير من الانفجار الكبير، ويمكن أن تنهار هذه التقلبات لتشكل ثقوبًا سوداء. تُسمى هذه الثقوب السوداء الافتراضية منذ فجر التاريخ بالثقوب السوداء البدائية. وإذا كانت تلك التقلبات كبيرة، وتغطي مناطق ضخمة من الفضاء، فقد تحصل على هذه الثقوب السوداء الضخمة بشكل هائل.

كان كار يطرح هذا السؤال: إذا كان هناك عدد من الثقوب السوداء تبلغ تريليون كتلة شمسية أو أكبر، فهل سنعرف عنها؟ أعتقد أن سبب اقتراحه لذلك هو أنه احتمال، ولم يأخذه الناس في الاعتبار. ويبدو أن ذلك ممكن بموجب قوانين الفيزياء. هل هم هناك ولم نفكر في البحث عنهم؟ يجب علينا التحقق.

والثقوب السوداء البدائية بشكل عام أثارت اهتمام الفيزيائيين لأنهم يتساءلون عما إذا كانت يمكن أن تكون الهوية الحقيقية للمادة المظلمة.

لقد بحث الناس عن المزيد من أنواع جسيمات المادة المظلمة، مثل الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل، والمعروفة باسم WIMPs. كان يُعتقد أنها يجب أن تبدأ في الظهور في تجاربنا على الجسيمات، لكنها لم تظهر بعد. لذلك، كان الناس يفكرون في مرشحات أخرى للمادة المظلمة، وأحدها الثقوب السوداء البدائية.

هل يمكن أن تكون الألواح نفسها جزءًا كبيرًا من المادة المظلمة؟

بالتأكيد ليس داخل مجرة، لأنهم سيتفوقون على المجرة. ولكن قد يكون هناك بعض المادة المظلمة المنتشرة هناك، والتي يمكنهم المساهمة فيها. لن تؤثر على كيفية دوران المجرات المنفردة، لكنها لا تزال جزءًا من الشبكة الكونية للمادة المظلمة التي تربط بين المجرات المختلفة.

هل لدينا أي أمل في العثور على SLAB؟

اقترح كار ومعاونوه عدة طرق يمكنك من خلالها البحث عنهم. إحدى العلامات هي أنه إذا كان لديك شيء ضخم جدًا في الفضاء بين المجرات، فإن جاذبية ذلك ستبدأ في جذب المجرات الأخرى. قد نلاحظ كل هذه المجرات تتجه نحو هذا الشيء غير المرئي. واعتبروا أيضًا أنه إذا كان هذا الثقب الأسود موجودًا في الفضاء بين المجرات، فإن المادة سوف تسقط فيه من الوسط بين المجرات؛ سوف تسخن وتطلق الإشعاع عند سقوطها. لذلك، بحثوا عن هذا الإشعاع. لكننا لم نر أي تلميحات لهذا النوع من التوقيعات حتى الآن.

تبحث ورقتك البحثية الأخيرة عن نوع مختلف من الأدلة على وجود SLABs في الخلفية الكونية الميكروية. كيف يمكنك أن تذهب للبحث عنه؟

النوع المحدد من الأدلة الذي أبحث عنه هو ظله. ربما تكون قد شاهدت صور برج القوس A* وM87*، وهما ثقبان أسودان قريبان من الكتلة الهائلة، حيث يبدو حرفيًا وكأنه “ثقب” أسود محاط بحلقة من الضوء من المادة المتساقطة حوله. إذا كان لديك ثقب أسود على خلفية من الضوء، فإن الثقب الأسود يمتص بعضًا من هذا الضوء، لذلك ترى حرفيًا “ثقبًا” أسود مقابل السماء. يمكن أن تكون بعض هذه الثقوب السوداء كبيرة جدًا. إذا كان لديك ثقب أسود تبلغ كتلته كوينتيليون كتلة شمسية، فهو أكبر بكثير من مجرة، وبالتالي يشكل بقعة سوداء على خلفية الموجات الميكروية الكونية.

إذن هيا: هل وجدت أي شيء؟

لدينا حاليًا عمليات مسح للإشعاع CMB من خلال تلسكوبات حساسة للغاية وقد نظرنا إليها لنرى ما إذا كان بإمكاننا اكتشاف الانخفاضات والنتوءات الصغيرة في درجة حرارته، وهي أشياء أكثر دقة بكثير من البقعة السوداء. حقيقة أننا لا نرى هذا النوع من الأشياء حتى الآن لا تستبعد SLABs، لكنها تخبرنا أنها، إذا كانت موجودة، فهي نادرة جدًا. لقد أظهر تحليلنا أن الثقوب السوداء التي تزيد كتلتها عن مائة كوادريليون مرة كتلة الشمس نادرة جدًا لدرجة أنه لا يوجد أي منها في عالمنا المرئي.

إذا وجدنا دليلاً على وجود SLAB، فماذا يمكننا أن نتعلم؟

إذا وجدناهم، فمن المرجح أن يكونوا بدائيين. وهذا من شأنه أن يخبرنا أن شيئًا ما قد حدث قبل قليل من إنتاج إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، بعد بضعة آلاف من السنين من الانفجار الأعظم. كانت هناك عملية فيزيائية غير معروفة من شأنها أن تنتج، بين الحين والآخر، هذه الثقوب السوداء الضخمة للغاية. وأعتقد أن ذلك سيكون مثيرًا، لأنه سيكون مؤشرًا لبعض الفيزياء الجديدة، والتي لم نكن نعلم حتى أنها شيء يجب البحث عنه.

بصرف النظر عن SETI وSLABs، ما هو أكثر ما يثير اهتمامك الآن في علم الفلك؟

أقدم وأبعد المجرات التي يمكننا رؤيتها في الوقت الحالي يبلغ عمرها حوالي 13.5 مليار سنة. لكن هناك فجوة بين ذلك وبين إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، وهو أقدم شيء يمكننا رؤيته، حيث تم إطلاقه بعد وقت قصير من الانفجار الكبير، أي قبل حوالي 300 مليون سنة من أقدم المجرات. الأمر المثير للاهتمام في هذه الفترة – هذا العصر المظلم الكوني، كما يطلق عليه – هو أنه إذا فكرت في مدى توسعه ومدى سرعة توسع الكون في ذلك الوقت، فإنه في الواقع جزء كبير بشكل مدهش من الكون. حتى مع أشياء مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي، حيث نرى أبعد وأقدم المجرات، لا يمكننا العودة إلى هذه الفترة من التاريخ الكوني.

وهذا يجعل العقل يذهب. ما هي الجواهر التي قد تكون موجودة في هذا الحجم غير المستكشف من الفضاء؟ إن SLABs هي شيء واحد، ولكن قد تكون هناك أشياء أخرى متبقية من الانفجار الأعظم، في انتظار العثور عليها.