LHAASO جستجوی تمام‌آسمانی برای سیاه‌چاله‌های اولیه منفجرشده را انجام می‌دهد
سیاه‌چاله‌های اولیه (PBHs) سیاه‌چاله‌هایی هستند که فرض می‌شود بلافاصله پس از بیگ‌بنگ به وجود آمده‌اند. در مقایسه با سیاه‌چاله‌های متولد شده از فروپاشی ستارگان، جرم این سیاه‌چاله‌ها می‌تواند به‌طرز چشمگیری متفاوت باشد؛ از بسیار کوچک تا بسیار بزرگ.
از زمان اولین نظریه‌گذاری دربارهٔ آن‌ها در دههٔ ۱۹۷۰، سیاه‌چاله‌های اولیه به محور بسیاری از مطالعات اخترفیزیک تبدیل شده‌اند. شناسایی این سیاه‌چاله‌ها و نشانه‌های مرتبط می‌تواند بینش مهمی دربارهٔ ریشه‌ها و تکامل جهان فراهم آورد.
همکاری LHAASO، یک تیم بزرگ پژوهشی که داده‌های جمع‌آوری‌شده در آشکارگر بزرگ هواشاور در ارتفاع بالا در چین را تجزیه و تحلیل می‌کند، به‌تازگی جستجوی تمام‌آسمانی برای نشانه‌های سیاه‌چاله‌های اولیه منفجرشده انجام داد.
مقالهٔ آن‌ها که در Physical Review Letters منتشر شد، سخت‌ترین محدودیت‌های تاکنون را دربارهٔ تعداد سیاه‌چاله‌های اولیه‌ای که در جهان اولیه شکل گرفته‌اند، ارائه داد.
«سیاه‌چاله‌های اولیه می‌توانند راه‌حل‌های بالقوه‌ای برای مسایل مختلف کیهانی ارائه دهند، از جمله به‌عنوان یک کاندید مناسب برای مادهٔ تاریک و فراهم کردن بذر برای سیاه‌چاله‌های ابرجرم»، هووبینگ جیانگ، یکی از نویسندگان همکار مقاله، به Phys.org گفت.
«به‌تازگی این سیاه‌چاله‌ها توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند، زیرا ممکن است مسئول برخی از سیگنال‌های موج‌های گرانشی حاصل از دو‌دوه سیاه‌چاله‌ها که توسط LIGO و Virgo شناسایی شده‌اند، باشند. به‌عنوان یک ابزار مهم برای کاوش در جهان اولیه، شواهد مشاهده‌ای از سیاه‌چاله‌های اولیه می‌توانند اطلاعات قابل‌توجهی دربارهٔ جهان ابتدایی فراهم کنند.»
چگونه LHAASO به جستجوی انفجارهای سیاه‌چاله‌های اولیه پرداخته است
LHAASO رصدگاهی است که در کوه هائیزی، استان سیچوان چین واقع شده و گاما‑پرها را هنگامی که با جو زمین برخورد می‌کنند و کاسکادهای ذره‌ای هوایی ایجاد می‌سازند، شناسایی می‌کند. این رصدگاه دارای میدان دید وسیعی است و می‌تواند گاما‑پرها را با حساسیتی بی‌نظیر آشکار کند.
«این ویژگی‌ها، به‌همراه دورهٔ کاری بالا LHAASO، این رصدگاه را به‌طور منحصر به‌فردی قادر می‌سازد تا جستجوی تمام‌آسمانی برای سیگنال‌های احتمالی ناشی از انفجارهای سیاه‌چاله‌های اولیه را انجام دهد»، جیانگ توضیح داد.
«سیاه‌چاله‌های اولیه که جرم اولیهٔ آن‌ها حدود g است، عمرشان تقریباً برابر با سن جهان است و در زمان حاضر در حال تبخیر (که به «تابش هاوکینگ» معروف است) می‌باشند.»
به‌عنوان بخشی از مطالعهٔ اخیر خود، همکاری LHAASO یک آزمایش جستجوی تمام‌آسمانی انجام داد تا به‌دنبال پرتوزن‌های گاما بگردد که از مرحلهٔ نهایی تبخیر سیاه‌چاله‌های اولیه ناشی می‌شوند. داده‌هایی که تحلیل کردند، توسط آشکارساز چروفنک آب در LHAASO در بازهٔ زمانی مارس ۲۰۲۱ تا ژوئیه ۲۰۲۴ جمع‌آوری شده بود.
«سیگنالی که به‌دنبال آن بودیم، مجموعه‌ای شبیه به انفجار از گاماپرهای پرانرژی است که به‌طور ناگهانی در آسمان ظاهر می‌شود و مدت زمان کوتاهی (کمتر از چند صد ثانیه) ادامه دارد و با پیش‌بینی‌های نظری هم‌راستا است»، جیانگ گفت. «از آنجا که موقعیت این انفجار نامشخص است، آشکارساز باید دارای میدان دید بسیار بزرگ باشد تا بتواند آن را شناسایی کند.»
محدودیت‌های جدید و سخت‌گیرانه که می‌توانند راهنمای جستجوهای آینده باشند
اگرچه پژوهشگران هیچ انفجار گاما‑پری در داده‌های تحلیل‌شده که بتوان به سیاه‌چاله‌های اولیه مرتبط کرد، شناسایی نکنند، محدودیت‌های سخت‌تری بر چگالی انفجارهای سیاه‌چاله‌های اولیه در نزدیکی زمین تعیین کردند. تحلیل‌های آن‌ها نشان می‌دهد که انفجارهای سیاه‌چاله‌های اولیه هر پارسک مکعب (یعنی ۱ پارسک ≈ ۳.۲۶ سال نوری) در هر سال خورشیدی حداکثر ۱۸۱ بار رخ می‌دهد.
«در این کار، LHAASO سخت‌ترین حدود بالایی را برای چگالی نرخ انفجارهای محلی سیاه‌چاله‌های اولیه ارائه می‌دهد و محدودیت پیشین را بیش از یک مرتبه بهبود می‌بخشد»، جیانگ گفت. «این نتیجه محدودیت‌های مهمی بر مدل‌های نظری مربوط به جهان اولیه و مادهٔ تاریک اعمال می‌کند و فضای پارامترهای مدل‌های نظری به‌دلیل این مشاهدات به‌طور عمده محدود می‌شود.»
نتایج جدیدی که توسط همکاری LHAASO گزارش شده‌اند، نشان می‌دهند که احتمالاً سیاه‌چاله‌های اولیه بخش بزرگی از مادهٔ تاریک را تشکیل نمی‌دهند. محدودیت‌های تعیین‌شده در این مطالعه می‌توانند راهنمایی برای جستجوگران آیندهٔ انفجارهای سیاه‌چاله‌های اولیه باشند و همچنین به بهبود مدل‌های موجود برای جهان اولیه کمک کنند.
«پیش‌زمینهٔ بالای پرتوهای کیهانی اصلی‌ترین چالش در جستجوی سیگنال گاما‑پری از سیاه‌چاله‌های اولیه است»، جیانگ افزوده است.
«ما اکنون قصد داریم با بهره‌گیری از تکنیک‌های هوش مصنوعی، پس‌زمینهٔ پرتوهای کیهانی را بیشتر حذف کنیم تا نمونه‌ای پاک‌تر به‌دست آوریم. علاوه بر این، ساخت آرایهٔ بزرگ تلسکوپ‌های تصویری چروفنیک جوی (LACT) در داخل LHAASO به‌طور قابل‌توجهی تشخیص گاما‑پروتون و وضوح زاویه‌ای را بهبود خواهد داد.»
«در آینده، انتظار می‌رود LHAASO نتایج رقابتی‌تری در زمینهٔ رویدادهای انفجار سیاه‌چاله‌های اولیه به دست آورد و به پیشبرد مطالعه پدیده‌های افراطی نجومی کمک کند.»
اطلاعات بیشتر: Zhen Cao و همکاران، «جستجوی تمام‌آسمانی برای انفجارهای فردی سیاه‌چاله‌های اولیه با LHAASO»، Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/nkby-9cs3. در arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2505.24586
اطلاعات مجله: Physical Review Letters, arXiv