الثقوب السوداء البدائية الخفية تفسر سرعة توسع الكون ✛

الأصل: "The impact of Hawking radiation from primordial black holes on recombination and the Hubble tension"
· Adam Batten, Jeremy Mould
arXiv:2607.18528v1 · 2026-07-20 · CC BY 4.0 · 2 دقيقة
ثقوب سوداء صغيرة جداً تبخرت في فجر الكون، فسخّنت الغاز وغيّرت قياس سرعة تمدده.

كان الكون يبرد مثل حوض استحمام عملاق بعد بداية ساخنة. بعد 400 ألف سنة من الانفجار العظيم، كان الهيدروجين مستعداً ليصبح متعادلاً – البروتونات كانت تمسك بالإلكترونات. لكن في هذا الماء المعتم استمر صنبور بالتنقيط. كانت القطرات عبارة عن ثقوب سوداء بدائية – ثقوب سوداء مجهرية بقيت من اللحظات الأولى للكون. كتلتها تعادل كتلة كويكب صغير، لكنها مضغوطة في نقطة. هذه الثقوب تبخرت ببطء عبر عملية اكتشفها ستيفن هوكينغ (إشعاع هوكينغ)، مضيفة حرارة إلى الغاز. كل قطرة أخرت اللحظة التي أصبح فيها الكون شفافاً أمام إشعاع الخلفية الكونية الميكروي – الضوء القديم الذي يصلنا من تلك الحقبة.

هذا التأخير يساعد في حل لغز سرعة توسع الكون. طريقتان دقيقتان تعطيان أرقاماً مختلفة. آدم ريس وزملاؤه، برصد النجوم في المجرات القريبة، حصلوا على سرعة تقارب 73 كم/ثانية لكل ميغا فرسخ. القمر الصناعي بلانك، بدراسة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، استنتج 67 كم/ثانية لكل ميغا فرسخ. فرق يقارب 9% – أكبر من أن يكون خطأ. لكن إذا كانت الثقوب السوداء البدائية تسخن الغاز، فإن السطح الذي انطلق منه الضوء قد انزاح. هذا يغير حساب السرعة، تماماً كما يُظهر مقياس الحرارة في حوض الاستحمام درجة حرارة خاطئة بسبب التسخين بالقطرات. الحرارة من الثقوب لا تجعل المجرات تتسارع أكثر – إنها تخل بضبط مقياسنا الكوني.

التسخين الناتج عن ثقب أسود متبخر لا يعتمد على كتلته الأصلية: فالثقب الكبير يسخن حجماً أكبر، تماماً كما تمنح قطعة خشب سميكة وقطعة خشب رقيقة، عند احتراقهما بالكامل، نفس الحرارة لكل لتر من الماء.

فحص العلماء الفكرة، فأضافوا التسخين إلى حسابات التاريخ الحراري للكون. أشعة غاما الصادرة عن الثقوب نقلت الطاقة بسرعة إلى الغاز المحيط، وحملت النيوترينوات – وهي جسيمات خفيفة لا تكاد تتفاعل مع المادة – جزءاً من الطاقة. واتضح أنه إذا شكلت هذه الثقوب نسبة 0.1% فقط من المادة المظلمة، فإن الفرق في السرعة يختفي. ومع ذلك، لا يمكن أن تكون الثقوب خفيفة جداً – لأنها كانت ستتبخر قبل حقبة التخليق النووي لتكوين أولى النوى الذرية. ولا يمكن أن تكون كثيرة جداً – وإلا لكانت قد أعادت تأين الهيدروجين كله، ونحن لا نرى ذلك. إذن، هذه القطرات من طفولة الكون قد تكون المفتاح لخريطة دقيقة للكون.

تسخين الثقب الأسود المتبخر لا يعتمد على كتلته: فالثقب الكبير يسخن حجماً أكبر، تماماً كما تسخن قطعة الخشب السميكة والرفيعة الماء بالمقدار نفسه.

في الخيال العلمي، كما في رواية غريغ إيغان «الشعلة الأبدية»، تعمل الثقوب السوداء المتبخرة كمصادر للطاقة. أما هنا، فتعمل كمدفآت كونية.

\Delta T_{\text{gas}} \approx 2.6 \times 10^{13} \, f_{\text{C,PBH}} \; \text{K}
لا يعتمد على كتلة الثقب؛ f_C,PBH — نسبة الثقوب السوداء البدائية في المادة المظلمة
\frac{\Delta H_0}{H_0} = \frac{3}{2} \frac{\Delta z}{1+z_*}
Δz — تغير الانزياح الأحمر لسطح آخر تشتت، z_* — القيمة الابتدائية ≈1080
العلماء
Stephen HawkingJacob BekensteinWilliam UnruhChristian DopplerAdam RiessEmmy Noether
المفاهيم
إشعاع هوكينغ عبء ذاكرة الثقب الأسود آلية إشعاع هوكينغ تفاعل الثقب الأسود مع المادة المظلمة طاقة مظلمة مبكرة توتر هابل حجب الخلفية الكونية الميكروية خلفية كونية فجوة الكتلة في التفاعل النووي إنتروبيا بيكينشتاين-هوكينج إعادة اتحاد حد كتلة النجم النيوتروني إعادة التسخين لا تجانسات كونية كمومية تخليق العناصر في النجوم الأولى فقدان معلومات ثابت هابل صدى خط الحديد ك-ألفا تضخيم الموجة تخليق نووي بدائي