جهان پیش از مهبانگ و سیاه چاله های فسیلی کیهانی

تصور کنید فسیلی پیدا کنید که از سنگی که درون آن قرار گرفته قدیمی‌تر باشد. عجیب به نظر می‌رسد. اما این دقیقا همان تصویری است که برخی کیهان‌شناسان ترسیم می‌کنند: بقایای ریز و سرسختی از جهانی که پیش از جهان ما وجود داشته است.

گروهی به سرپرستی پروفسور انریکه گازتاناگا از دانشگاه پورتسموث، ایده‌ای را که زمانی بحث‌برانگیز بود دوباره زنده کرده و با نگاهی امروزی بازسازی کرده است. در این دیدگاه، به جای یک آغاز یگانه و رازآلود، کیهان ممکن است ابتدا منقبض شده و سپس با یک جهش، وارد مرحله انبساطی شده باشد که امروز مشاهده می‌کنیم. در چنین سناریویی، برخی اجرام فشرده که در مرحله انقباض متولد شده‌اند، می‌توانسته‌اند از لحظه چرخش کیهانی عبور کنند و به صورت یادگارهایی از گذشته، وارد جهان در حال انبساط ما شوند.

این یادگارها چه شکلی خواهند داشت؟ سیاه‌چاله‌های نخستین را تصور کنید، اما با داستانی که پیش از مهبانگ متعارف آغاز می‌شود. این‌ها فسیل‌های واقعی کیهانی خواهند بود: گره‌های متراکم گرانشی که از فشردگی شدید جان سالم به در برده‌اند، از یک جهش با چگالی بسیار بالا عبور کرده‌اند و مدت‌ها پس از شکل‌گیری کهکشان‌ها نیز بر ماده اثر گذاشته‌اند. آیا ممکن است همین اجرام، همان ماده تاریک گریزان باشند که چارچوب گرانشی کهکشان‌ها را می‌سازد؟ این ایده در حال جدی‌تر شدن است، زیرا محاسبات ریاضی اجازه می‌دهد جمعیتی از اجرام فشرده بازمانده وجود داشته باشد که به اندازه کافی بزرگ و اثرگذار باشند.

اصلا چرا باید به یک جهان جهشی فکر کرد؟ نسبیت عام وقتی جهان در حال انبساط ما را به عقب برمی‌گردانیم، به تکینگی می‌رسد؛ نقطه‌ای که در آن چگالی و خمیدگی بی‌نهایت می‌شود و معادلات از کار می‌افتند. بسیاری از فیزیک‌دانان این فروپاشی در توصیف را نشانه‌ای می‌دانند که می‌گوید چیزی در تصویر ما ناقص است. مدل جهش کیهانی، بی‌نهایت را با مقداری عظیم اما محدود جایگزین می‌کند: اثرات کوانتومی در چگالی‌های فوق‌العاده بالا فشاری دافعه ایجاد می‌کنند، رمبش را متوقف می‌سازند و انبساط دوباره را رقم می‌زنند. همان فیزیکی که از فروپاشی کوتوله‌های سفید و ستاره‌های نوترونی جلوگیری می‌کند، شاید در مقیاس کیهانی نیز عمل کرده باشد.

مدل پورتسموث می‌گوید فشار کوانتومی می‌تواند اثراتی شبیه به چیزی ایجاد کند که معمولا به تورم کیهانی نسبت داده می‌شود و در زمان بازگشت، فضا را هموار و کشیده کند. این مدل حتی ممکن است با انرژی تاریک نیز پیوند داشته باشد؛ همان عامل مرموزی که انبساط شتاب‌دار امروز جهان را پیش می‌برد. مهم‌تر از همه، این مدل بازماندگانی را پیش‌بینی می‌کند. محاسبات آن‌ها نشان می‌دهد اجرام فشرده‌ای که بزرگ‌تر از حدود ۹۰ متر باشند، می‌توانند دست‌نخورده از جهش عبور کنند. تعدادشان شاید زیاد نباشد، اما کافی است تا اثر انگشت خود را بر ساختار کیهانی به جا بگذارند.

سیاه‌چاله‌های بازمانده از همان آغاز بر شکل‌گیری کهکشان‌ها اثر می‌گذاشتند. این موضوع پاسخی ساده برای یک معمای دشوار رصدی ارائه می‌دهد. تلسکوپ فضایی جیمز وب اجرامی شگفت‌آور پرجرم را در دوران بسیار ابتدایی تاریخ کیهان یافته است؛ همان «نقاط قرمز کوچک» که بیش از حد بالغ به نظر می‌رسند و با جدول زمانی استاندارد به‌سختی سازگارند. اگر سیاه‌چاله‌ها پیش از جهش وجود داشته‌اند یا بلافاصله پس از آن پدید آمده‌اند، کهکشان‌های نخستین بذرهایی را به ارث برده‌اند که نیاز به رشد همه‌چیز از تقریبا صفر را دور می‌زند.

راه‌هایی برای آزمودن این ایده‌ها وجود دارد. امواج گرانشی بازمانده از یک دوره انقباض پیشین، از نظر الگو با امواجی که در تورم کیهانی متعارف تولید شده‌اند تفاوت خواهند داشت. ردپاهای ظریف ممکن است در تابش زمینه کیهانی نیز باقی مانده باشد؛ انحراف‌های کوچک در دما یا قطبش که گذشته‌ای پیش از جهش را آشکار می‌کنند. و البته جست‌وجوی مستقیم سیاه‌چاله‌های نخستین، از طریق پیمایش‌های ریزهمگرایی گرانشی، آشکارسازی‌های امواج گرانشی از رویدادهای ادغام غیرمعمول، یا اثرات دینامیکی آن‌ها در کهکشان‌ها، می‌تواند نشان دهد آیا جمعیتی پنهان از این اجرام وجود دارد یا نه.

آیا چنین سیاه‌چاله‌هایی می‌توانند ماده تاریک را توضیح دهند؟ اگر تعداد کافی از آن‌ها شکل گرفته و از جهش جان سالم به در برده باشند، می‌توانند بخش بزرگی، شاید حتی تمام جرم گمشده جهان را تشکیل دهند. این موضوع دو معما را هم‌زمان حل می‌کند: ماهیت ماده تاریک و منشأ ساختارهای اولیه‌ای که به شکلی غیرمنتظره پرجرم هستند. هنوز هیچ مدل واحدی اثبات نشده است. سناریوی جهان جهشی یک فرضیه است که پیش‌بینی‌های مشخص دارد و مهم‌تر اینکه راه‌هایی برای آزمون رصدی پیش پای ما می‌گذارد.

طبیعی است که تردیدهایی هم وجود دارد. حرکت از امکان ریاضی به واقعیت فیزیکی نیازمند ریزفیزیک نیرومند و سازگاری با داده‌های دقیق کیهان‌شناسی است. مدل‌ها باید توضیح دهند چرا جهش کیهانی همان طیف مشخص نوسان‌های چگالی را که مشاهده می‌کنیم بر جای گذاشته است، و باید از ایجاد تناقض با سیگنال‌های دقیق اندازه‌گیری‌شده در تابش زمینه کیهانی و ساختار بزرگ‌مقیاس جهان پرهیز کنند.

با این حال، ایده بسیار هیجان‌انگیز است. این دیدگاه ما را وادار می‌کند پرسش‌های متفاوتی بپرسیم: شاید مهبانگ آغاز مطلق نباشد، بلکه تنها مرز میان دو فصل باشد. شاید کیهان ما ردپاهای باستان‌شناختی از عصری قدیمی‌تر را با خود حمل می‌کند؛ ردپاهایی پنهان در اجرام فشرده و گرانشی که در فضا سرگردان‌اند. اگر حتی تعداد اندکی از این فسیل‌های کیهانی پیدا شوند، داستانی که درباره منشأ جهان روایت می‌کنیم باید از نو نوشته شود.