سیاهچاله‌های غول‌پیکر ممکن است حامل موتورهای محرک انبساط جهان یا انرژی تاریک باشند. وجود انرژی تاریک بر اساس رصد ستاره‌ها و کهکشان‌ها ثابت شده است، اما تاکنون هیچ کس نتوانسته به ماهیت و سرچشمه آن پی ببرد.
ماده اطراف ما تنها ۵ درصد از کل جهان را تشکیل می‌دهد. ۲۷ درصد دیگر از جهان متشکل از ماده تاریک است که هیچ نوری را جذب یا منتشر نمی‌کند. از طرفی بخش زیادی از کیهان یا حدود ۶۸ درصد آن از انرژی تاریک تشکیل شده است. پژوهشگران با مقایسه سیاهچاله های کلان‌جرم در طول ۹ میلیارد سال از تاریخ کیهان، به سرنخی دست یافتند که نشان می‌دهد اجرام غول‌پیکر مذکور که در قلب اغلب کهکشان‌ها قرار دارند می‌توانند منبع انرژی تاریک باشند.
کریس پیرسون (Chris Pearson)، از آزمایشگاه آپلتون رادرفورد (RAL) بریتانیا، می‌گوید: «اگر نظریه این پژوهش صحیح باشد می‌تواند کل کیهان‌شناسی را متحول کند. زیرا حداقل ما راه حلی برای منشا انرژی تاریک پیدا کردیم که بیش از بیست سال، کیهان‌شناسان و فیزیکدان‌های نظری را گیج و سردرگم کرده است.» ماده تاریک چیست و این ماده مرموز چه تفاوتی با انرژی تاریک دارد؟ پیشنهاد می‌کنیم مقاله ما را در این رابطه بخوانید.
رابطه سیاهچاله‌ها و انرژی تاریک
این نظریه که سیاهچاله‌ها می‌توانند حامل چیزی به نام انرژی خلا (تجسمی از انرژی تاریک) باشند، جدید نیست و بحث تئوری آن در واقع به دهه ۱۹۶۰ بازمی‌گردد، اما پژوهش جدید فرض می‌کند انرژی تاریک و بنابراین جرم سیاهچاله‌ها به مرور زمان با انبساط جهان افزایش می‌یابد. پژوهشگران نشان دادند چه مقدار از انرژی تاریک جهان را می‌توان به این فرآیند تخصیص داد.
بر اساس یافته‌ها، سیاهچاله‌ها می‌توانند پاسخی برای مقدار کل انرژی تاریک در جهان کنونی را داشته باشند. نتیجه این معما می‌تواند یکی از بنیادی‌ترین مسائل کیهان شناسی مدرن را حل کند.
در همین رابطه بخوانید: نگاهی به موضوع چالش‌برانگیز ماده تاریک و انرژی تاریک
جهان ما از زمان بیگ‌بنگ در حدود ۱۳٫۷ میلیارد سال پیش شروع شد. انرژی ناشی از این انفجار فضا زمانی باعث انبساط سریع جهان شد؛ به طوری که تمام کهکشان‌ها با سرعت سرسام‌آوری از یکدیگر دور شدند. با این حال ستاره‌شناسان انتظار داشتند سرعت این انبساط به دلیل تاثیر گرانش تمام مواد موجود در کیهان، آهسته شود.
این نگرش نسبت به جهان تا دهه ۱۹۹۰ حاکم بود؛ یعنی زمانی که تلسکوپ فضایی هابل به یافته‌ای عجیب رسید. رصد ستاره‌های در حال انفجار دوردست نشان داد که در گذشته جهان با سرعت کمتری نسبت به حال حاضر در حال انبساط بوده است.
بنابراین برخلاف تصور پیشین، نه‌تنها انبساط جهان بر اثر گرانش کند نشده، بلکه در حال افزایش و سرعت گرفتن است. این نتیجه بسیار غیرمنتظره بود و ستاره‌شناسان به دنبال توجیه آن بودند. به این ترتیب این فرض مطرح شد که انرژی تاریک با قدرت زیادی اجرام را از یکدیگر دور می‌سازد. مفهوم انرژی تاریک به یک ثابت کیهانی پیشنهادی از سوی آلبرت اینشتین که مخالف گرانش است و مانع از فروپاشی جهان می‌شود، شباهت بسیار داشت، اما بعدها رد شد.
انرژی تاریک دقیقا چیست؟
به نظر می‌رسد پاسخ به این پرسش در راز کیهانی دیگری نهفته است: سیاهچاله‌ها. این اجرام معمولا هنگام انفجار و مرگ ستاره‌های کلان‌جرم متولد می‌شوند. گرانش و فشار موجود در این انفجارهای شدید باعث فشرده‌سازی مقدار زیادی از مواد در یک فضای کوچک می‌شود. برای مثال، ستاره‌ای تقریبا هم‌جرم با خورشید می‌تواند در فضایی به اندازه تنها چند ده کیلومتر فشرده شود.
در همین رابطه بخوانید: صدای سیاهچاله‌ها برای اولین بار منتشر شد+ویدئو
کشش گرانشی سیاهچاله به قدری قوی است که حتی نور هم نمی‌تواند از آن بگریزد و همه چیز جذب آن می‌شود. در مرکز سیاهچاله فضایی به نام تکینگی (Singularity) قرار دارد که در آن ماده به نقطه چگالی بی‌نهایت می‌رسد. مسئله اینجاست که تکینگی‌ها در حالت طبیعی نباید وجود داشته باشند.
سیاهچاله‌های مرکز کهکشان بسیار سنگین‌تر از سیاهچاله‌های حاصل از مرگ ستاره‌ها هستند. جرم سیاهچاله‌های کلان‌جرم کهکشانی می‌تواند به میلیون‌ها تا میلیاردها برابر جرم خورشید برسد. اندازه تمام سیاهچاله‌ها از طریق جمع‌آوری و انباشته‌سازی ماده و بلعیدن ستاره‌های نزدیک به آن‌ها یا ادغام با سیاهچاله‌های دیگر افزایش می‌یابد.
بنابراین انتظار داریم این اجرام با کهنه شدن، بزرگ‌تر هم بشوند. پژوهشگران به بررسی سیاهچاله‌های کلان‌جرم مراکز کهکشان‌ها پرداختند و دریافتند که جرم این اجسام در طول میلیاردها سال افزایش یافته است.
آن‌ها به مقایسه رصدهای گذشته و حال کهکشان‌های بیضوی شکل پرداختند که فاقد فرآیند شکل‌گیری ستاره‌ای هستند. این کهکشان‌های مرده تمام سوخت خود را مصرف کرده‌اند و در نتیجه، افزایش تعداد سیاهچاله‌های آن‌ها به مرور زمان را نمی‌توان به فرآیندهای عادی که شامل رشد سیاهچاله‌ها با انباشته‌سازی ماده است، نسبت داد.
رابطه سیاهچاله‌ها و انبساط جهان
در عوض، محققان پیشنهاد دادند این سیاهچاله‌ها در واقع حامل انرژی خلا هستند که رابطه مستقیمی با انبساط جهان دارد. بنابراین با انبساط جهان، جرم آن‌ها هم افزایش پیدا می‌کند.
در همین رابطه بخوانید: شاید پدیده‌ای به‌نام انرژی تاریک اصلا وجود نداشته باشد!
دو گروه از دانشمندان به مقایسه جرم سیاهچاله‌های مرکز دو مجموعه از کهکشان‌ها پرداختند. یک مجموعه کهکشان‌های جوان و دوردست با نورهایی بودند که از نه میلیارد سال پیش سرچشمه می‌گیرند؛ در حالی که گروه نزدیک‌تر و قدیمی‌تر تنها در فاصله چند میلیون سال نوری قرار داشتند.
ستاره‌شناسان دریافتند سیاهچاله‌های غول‌پیکر، بین هفت تا بیست برابر بزرگ‌تر از گذشته شده‌اند؛ به طوری که این رشد زیاد را نمی‌توان صرفا با بلعیدن ستاره‌ها یا برخورد و ادغام با سیاهچاله‌های دیگر توجیه کرد. در نتیجه این فرض مطرح شد که احتمالا سیاهچاله‌ها همراه با جهان در حال رشد هستند و با نوعی انرژی فرضی موسوم به انرژی تاریک یا خلا که به انبساط آن‌ها می‌انجامد، بر نیروهای جذب نور و نابودکننده ستاره‌ای مرکز خود غلبه می‌کنند.
اگر انرژی تاریک در حال انبساط، داخل هسته سیاهچاله‌ها باشد می‌تواند دو معمای دیرینه نسبیت عام اینشتین را حل کند؛ نظریه‌ای که نشان می‌دهد گرانش چگونه بر جهان در مقیاس‌های عظیم تاثیر می‌گذارد. یافته جدید در درجه اول ثابت می‌کند جهان چگونه بر اثر نیروی فراگیر و عظیم گرانشی از هم نمی‌پاشد و در درجه دوم نیاز به تکینگی‌ها را برای توصیف عملکرد قلب تاریک سیاهچاله‌ها از بین می‌برد.
ستاره‌شناسان برای تایید یافته‌های خود نیاز به رصدهای بیشتری از جرم سیاهچاله‌ها در طول زمان دارند و در عین حال باید افزایش جرم را منطبق با انبساط جهان بررسی کنند.