آیا تعداد سیاه‌ چاله‌ های کیهان قابل تخمین است؟

در اعماق فضای بیکران، هیولاهای پنهانی وجود دارند که نامشان برای بسیاری از ما آشناست.سیاه‌ چاله‌ ها، که متراکم ترین اجرام در جهان هستند به سختی می توان آنها را تشخیص داد زیرا هر چیزی را که خیلی به آنها نزدیک می شود جذب می کنند، از جمله نور. بنابراین ما واقعاً مطمئن نیستیم که چه تعداد از آنها واقعاً در جهان وجود دارند، اما محققان اخیراً به تخمینی دست یافته‌اند.

در مقاله ای که در مجله Astrophysical منتشر شده است، گروهی از محققان ایتالیایی و بریتانیایی از شبیه سازی به نام Stellar EVolution N-body code یا “کد N-جسم تکامل ستاره ای” برای تخمین مقدار جرم در کهکشان های متشکل از ستاره ها استفاده کردند.

این گروه با استفاده از داده‌های مربوط به سرعت تشکیل ستاره و ترکیب فضای بین کهکشان‌ها که محیط بین ستاره‌ای نامیده می‌شود، محاسبه کردند که چه مقدار از جرم کهکشان‌ها را می‌توان با این عوامل توضیح داد. از این طریق، آنها می توانند بفهمند چه مقدار جرم در سیاه‌ چاله‌ ها مخفی شده است.

ارقامی سرسام آور

بدون شک تفکر درمورد اعداد و ارقامی که در موارد اشاره شده ممکن است با آن مواجه باشیم برای بسیاری از ما سردرد آور باشد.اما این تحقیق نشان می‌دهد که سیاه‌ چاله‌ ها می‌توانند تشکیل دهنده بخش بزرگی از جرم کهکشان‌ها باشند و حدود 1 درصد از جرم ماده معمولی در سیاه‌ چاله‌ ها یافت می‌شود. این بدان معناست که جهان میتواند میزبان تعداد زیادی سیاه‌ چاله‌ باشد،  حدود 40 میلیارد میلیارد، یا عدد 40 به 18 صفر در کنار آن.

دستیابی به این تخمین مستلزم همکاری متخصصان متعدد در زمینه‌های مختلف است، همانطور که یکی از محققان، آندریا لاپی (Andrea Lapi) از مدرسه بین‌المللی مطالعات پیشرفته (SISSA)، توضیح می دهد: این تحقیق واقعاً چند رشته‌ای است. پوشش جنبه‌ها و نیاز به تخصص در اخترفیزیک ستاره‌ای، شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ها، امواج گرانشی و اخترفیزیک چندموجی؛ به این ترتیب به تلاش‌های مشترک اعضای مختلف گروه اخترفیزیک و کیهان‌شناسی SISSA و یک شبکه قوی با همکاران خارجی نیاز دارد.

این امکان وجود دارد که سیاه چاله‌ها بخش قابل توجهی از جرم کیهان را به همراه ستارگان، غبار و گازی که هم در کهکشان‌ها و هم بین آن‌ها در محیط بین ستاره‌ای رایج است، تشکیل دهند.

اما ممکن است متوجه شده باشید که این نتیجه نشان می دهد که سیاه‌ چاله‌ ها می توانند 1٪ از ماده معمولی را تشکیل دهند. به این دلیل که ماده معمولی، یا آنچه فیزیکدانان آن را ماده باریونی می نامند، خود تنها بخش کوچکی از جرم کل جهان است.

هر چیزی که در اطراف خود می بینیم، هر جسم، هر ذره،  کمتر از 5٪ از کل همه چیزهایی را که در جهان وجود دارد را تشکیل می دهد. بقیه جرم از ماده تاریک و انرژی تاریک تشکیل شده است.

آنچه جهان از آن تشکیل شده است

مشکل این است که ما نمی توانیم به طور مستقیم ماده تاریک یا انرژی تاریک را مشاهده کنیم. ما می دانیم که چنین ماده و انرژی باید وجود داشته باشد زیرا می توانیم تأثیرات آنها را ببینیم، اما هیچ کس هرگز موفق نشده است که آنها را مستقیماً شناسایی کند. بنابراین آنها ساختارهای نظری هستند، اما اکثر کیهان شناسان کاملاً مطمئن هستند که باید وجود داشته باشند.

ماده تاریک نام ذره ای است که حدود 27 درصد از جهان را تشکیل می دهد. وقتی به اجرام بسیار بزرگی مانند کهکشان ها نگاه می کنید، نحوه حرکت آنها نشان می دهد که گرانش آنها بسیار بیشتر و در نتیجه جرم بسیار بیشتری نسبت به آنچه برای ما قابل مشاهده است دارند. این توده نامرئی ماده تاریک نامیده می شود.

انرژی تاریک یک شکل نظری از انرژی است که ما فکر می کنیم به دلیل نحوه انبساط جهان باید وجود داشته باشد. دانشمندان چندین دهه است که می‌دانند جهان در حال انبساط است، اما اندازه‌گیری‌هایی که با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل در دهه 1990 انجام شد، نشان داد که جهان سریع‌تر از حد انتظار در حال منبسط شدن است، پس یک نوع انرژی اضافی وجود دارد که این انبساط را پیش می‌برد و آن را انرژی تاریک می نامیم. در حال حاضر محققان بر این باورند که 68 درصد از کل جهان را این انرژی تشکیل می‌دهد.