مرگ توسط یک سیاه‌چاله نخستین

در جهان نوزاد اولیه، افزایش جزئی در چگالی تابش در مقیاسی به اندازه افقِ کیهانی می‌توانست نواحی کوچکی که مانند یک جهان بسته به نظر می‌رسند را تولید کند که سرنوشتشان رمبش به صورت یک سیاه‌چاله خواهد بود.

نوسانات کوچکی که در تابش پس زمینه کیهانی مشاهده شده‌اند دامنه‌ی اولیه‌ای صدهزار مرتبه کمتر از مقدار لازم برای تولید سیاه‌چاله‌ها دارند. اما این افت و خیزها می‌توانند تنها در مقیاس‌های بزرگ مشاهده شوند. ممکن است فزونی چگالی‌های نادری با دامنه‌ی بسیار بزرگتر در مقیاس‌های کوچک نیز تولید شده باشند که پیامد آن وجود فیزیک جدید در انرژی‌های بالا است. اگرچه داده‌های کیهان‌شناختی موجود این امکان را می‌دهد، اما انگیزه‌های دیگری برای امکان چنین فرضی بخاطر وجود ماده تاریک نیز وجود دارد.

بیشتر ماده‌ی سازنده جهان (ماده تاریک)، با وجود جستجوهای بسیار برای یافتن ردپایی از آن در آزمایشگاه تاکنون یافت نشده است. سیاه‌چاله‌های نخستین (PBH) بطور بالقوه می‌توانند ماده تاریک را تولید کنند. قیدهای اخترفیزیکی مختلفی وجود PBH ها با جرمهای کم یا زیاد به عنوان ماده تاریک را رد کرده‌اند، اما امکان داشتن جرم‌هایی بین یک میلیاردم تا یک هزارم جرم ماه را رد نکرده‌اند.

66 میلیون سال پیش، یک شهاب سنگ در این اندازه  زمین را تحت تاثیر قرار داد و دایناسورها و همچنین سه چهارم از اشکال مختلف حیات را از بین برد. این یک یادآوری هوشمندانه است که حتی آسمان نیز می‌تواند منبعی از خطرات باشد.  به محض نزدیک شدن آنها به زمین با جستجوی نور خورشید منعکس شده از سطح آنها، می‌توانیم خود را در برابر تأثیرات شهاب‌سنگ‌ها در آینده محافظت کنیم. در سال 2005، کنگره آمریکا ناسا را ​​موظف کرد که 90 درصد از کل اشیاء خطرناکِ بزرگتر از 140 متر، یعنی صد برابر کمتر از برخوردِ دهانه‌ی  Chicxulub که باعث مرگ دایناسورها شد را پیدا کند. این امر منجر به ساخت تلسکوپ‌های پیمایشی مانند  Pan STARRS  و رصدخانه Vera C. Rubin  در آینده شد که می‌تواند دو سوم هدف کنگره را برآورده کند. این نظرسنجی‌ها از خورشید به عنوان یک چراغ که فضای تاریک نزدیک ما را روشن می‌کند، استفاده می‌کنند. هشدار زودهنگام به ما این امکان را می‌دهد که سیارک‌های خطرناک را از زمین دور کنیم. اما PBH ها نور خورشید را منعکس نمی‌کنند و نمی‌توان آن‌ها را به این روش پیش از برخورد شناسایی کرد. آن‌ها به صورت ضعیف به صورت تابش هاکینگ می‌درخشند، اما روشنایی آن‌ها با جرم‌هایی بالاتر از یک میلیونیوم جرم ماه کمتر از یک لامپ کوچک ۱/۰ وات است. آیا این غیر قابل دیده شدن دلیلی برای نگرانی است؟

به طور خاص، اگر PBH ها در محدوده جرم مجاز، ماده تاریک را تشکیل دهند، ممکن است جای سوال باشد که آیا تهدیدی برای زندگی ما محسوب می‌شود؟ برخورد  PBH ها با بدن انسان نشان‌دهنده برخورد یک اثر نامرئی از اولین فمتو ثانیه (^۱۵-۱۰ ثانیه) پس از انفجار بزرگ با بدن یک موجود هوشمند است – اوج شیمی پیچیده ۸/۱۳ میلیارد سال بعد به وجود آمد. اگرچه این ملاقاتی از نوع فوق العاده بین جهان اولیه و جهان اخیر است، اما ما آن را آرزو نمی‌کنیم. بگذارید توضیح بدهم.

برای نمایش این موضوع، من در انتهای فوقانی محدوده جرم مجاز، که در آن ماده تاریک از PBH ها با یک هزارم جرم ماه ساخته شده است، تمرکز خواهم کرد.  PBHهای کوچکتر می‌توانند معمول‌تر باشند، اما تأثیر آنها ضعیف‌تر است. اندازه افق چنین PBH هایی فقط 1000 برابر بزرگتر از اندازه یک اتم است.

انتظار ساده‌ای که می‌رود  این است که عبور چنین جسم کوچکی از بدن ما فقط منجر به آسیب دیدگی جزئی محدود به ردی استوانه‌ای شکل و در ابعاد میکروسکوپی باشد. این می‌تواند برای یک ذره پرانرژی، مانند یک پرتوی کیهانی باشد که مانند یک پرتابه کوچک از بدن ما عبور می‌کند. اما این انتظار، تأثیر طولانی مدت گرانش را نادیده می‌گیرد. نیروی گرانشی که توسط یک PBH با جرم فوق الذکر القاء می‌شود، در حین عبور سریع، بدن ما را چندین اینچ کوچک می‌کند. این کشش ناگهانی خواهد بود، برای یک PBH معمولی با سرعت ۱۰۰ مایل بر ثانیه در هاله ماده تاریک کهکشان راه شیری حدود ۱۰ میکروثانیه طول می‌کشد. درد ناشی از آن به نظر می‌رسد که یک جاروبرقی ریز با قدرت مکش فوق‌العاده سریع از بدن ما عبور کرده و ماهیچه‌ها‌، استخوان‌ها، رگ‌های خونی و اندام‌های داخلی آن را کوچک می‌کند. اعوجاج جسمی چشمگیر باعث ایجاد آسیب شدید و باعث مرگ سریع می‌شود.

چقدر احتمال دارد که ما یک اتفاق مهلک از این نوع را در طول زندگی خود تجربه کنیم؟ خوشبختانه ، یک برآورد کلی همه نگرانی‌ها را برطرف می‌کند. اگر PBH هایی با جرم بالا ماده تاریک را تشکیل دهند، احتمال عبور PBH ها از بدن ما در طول زندگی ما بسیار کم است، یعنی یک در 10²⁶ است. به این معنی که احتمال کمی  برای یک مرگ در جمعیت 8 میلیاردی کره زمین. اگر تعداد جمعیت فعلی تا یک میلیارد سال دیگر ادامه یابد، این احتمال به  ^9-10مرگ افزایش می‌یابد، و پس از آن انتظار می‌رود که خورشید در حال انبساط، همه اقیانوس‌های کره زمین را بجوشاند. و اگر آمار مشابهی راجع به ستارگان موجود در کهکشان‌های دیگر فرض کنیم، در این صورت تنها بیش از یک تریلیون نفر در کل حجم قابل مشاهده جهان ممکن است با عبور PBHها از بدن آنها کشته شوند. وقتی فرض می‌کنیم هر یک از ما یکی از این افراد نخواهیم بود، احساس امنیت بیشتری خواهیم کرد. میزان کل مرگ و میر ممکن است در چندجهانی بیشتر باشد اگر حاوی حجم بیشتری با شرایط مشابه باشد و حتی انواع خطرناک‌تری از ماده تاریک در مناطقی از آن وجود داشته باشد. با این وجود، ممکن است اجسام نادر و نامرئی در حومه منظومه شمسی، مانند سیاره نهم فرضی،  در واقع PBH  باشند. در مقاله‌ای که اخیراً با دانشجویم امیر سراج نوشتم، نشان دادیم که PBH ها می توانند توسط رصدخانهVera C. Rubin  در کل منظومه شمسی توسط شراره‌هایی که هنگام برخورد با سنگ‌های ابر اورت  ایجاد می‌کنند ، شناسایی شوند. بدیهی است که خطرات موجود در زندگی بر روی زمین از فاجعه‌های دیگر مانند برخورد شهاب‌سنگ‌ها بسیار بیشتر است، همانطور که دایناسورها این تجربه را داشته‌اند. اعداد بالا نشان می‌دهد که ما نباید خواب خود و یا ارتقای پوشش بیمه سلامت خود را به دلیل نگرانی در مورد PBH های نامرئی که ممکن است در هاله راه شیری قرار داشته باشند ، از دست دهیم. در طی این روزهای خطرناک همه‌گیری بیماری کرونا و تغییرات آب و هوایی، این یک پیام مثبت و تازه از طرف مادر طبیعت است که باید آن با آغوش باز بپذیریم.