واکاوی 10 سوال بی پاسخ درباره ماده تاریک
به گزارش وبلاگ آبی اناری ها، در این گزارش به سوالاتی که تا به امروز راجع به ماده تاریک پاسخ داده نشده است، می پردازیم.
به گزارش وبلاگ آبی اناری ها به نقل از livescience، در دهه 1930، یک ستاره شناس سوئیسی به نام فریتز زویکی متوجه شد که کهکشان ها در یک خوشه دور، بسیار سریع تر از اندازه جرم قابل مشاهده آنها در حال چرخش به دور یکدیگر هستند. او پیشنهاد کرد که یک ماده نامرئی، که او آن را ماده تاریک می نامید، ممکن است به صورت گرانشی روی این کهکشان ها باشد. از آن زمان، محققان تأیید کرده اند که این ماده اسرارآمیز را می توان در سراسر کیهان یافت و شش برابر بیشتر از ماده معمولی است که اجرام معمولی مانند ستارگان را تشکیل می دهد. در این گزارش به 10 سوال بی پاسخ در مورد ماده تاریک پاسخ داده شده است.
محققان در مورد اینکه ماده تاریک دقیقا چیست مطمئن نیستند. در ابتدا، برخی از دانشمندان حدس زدند که جرم گمشده در کیهان از ستارگان کم نور و سیاهچاله های کوچک تشکیل شده است. همچنین مشاهدات دقیق چنین اجرامی، به میزان کافی برای توضیح تأثیر ماده تاریک کافی نبوده است. رقیب اصلی کنونی ماده تاریک، ذره ای فرضی به نام ذره پرجرم متقابل ضعیف یا WIMP است که به نوعی مانند یک نوترون رفتار می کند.
اگر ماده تاریک از WIMP ها ساخته شده باشد، آنها باید در اطراف ما، نامرئی و به سختی قابل تشخیص باشند. همیشه احتمال کمی وجود دارد که یک ذره ماده تاریک بتواند با یک ذره معمولی مانند پروتون یا الکترون در هنگام حرکت در فضا برخورد کند. بنابراین، محققان آزمایش هایی انجام داده اند تا تعداد زیادی از ذرات معمولی را در اعماق زمین مطالعه کنند؛ جایی که از تشعشعات مزاحم محافظت می کند و می تواند برخورد ذرات ماده تاریک را تقلید کند.
آندری کاتز، فیزیکدان دانشگاه هاروارد گفت: دلیل خوبی برای فرض اینکه تمام ماده تاریک در جهان از یک نوع ذره ساخته شده است، وجود ندارد. پروتون های تاریک می توانند با الکترون های تاریک ترکیب شوند و اتم های تاریک را تشکیل دهند؛ بنابراین پیکربندی هایی به همان میزان که در جهان مرئی یافت می شود متنوع و جالب ایجاد می کند.
این احتمال وجود دارد که ماده تاریک نیرو هایی مشابه با آنچه از طریق ماده معمولی احساس می شود، تجربه کند. برخی از محققان در پی فوتون های تاریک بوده اند، که مانند فوتون های مبادله شده بین ذرات معمولی هستند که نیروی الکترومغناطیسی را ایجاد می کنند، با این تفاوت که آنها فقط از طریق ذرات ماده تاریک احساس می شوند. فیزیکدانان ایتالیایی در حال آماده شدن هستند تا باریکه ای از الکترون ها و پادذرات آنها را که به نام پوزیترون شناخته می شوند، به الماس خرد کنند. اگر فوتون های تاریک وجود داشته باشند، جفت های الکترون-پوزیترون می توانند یکی از ذرات عجیب و غریب حامل نیرو را از بین ببرند و به طور بالقوه بخش جدیدی از جهان را باز کنند.
یکی از جایگزین های پیشرو، ذره ای فرضی است که به عنوان آکسیون شناخته می شود و بسیار سبک است. شبیه سازی های رایانه ای اخیر این احتمال را افزایش داده است که این آکسیون ها می توانند اجرام ستاره مانندی را ایجاد کنند و ممکن است تشعشعات قابل تشخیصی را تولید کنند که کاملاً شبیه به پدیده های مرموز معروف به انفجار های سریع رادیویی است.
ستاره شناسان ماده تاریک را از طریق کنش های گرانشی آن با ماده معمولی کشف کردند که نشان می دهد، این روش اصلی برای نشان دادن حضور این ماده در جهان است. طبق برخی نظریه ها، ذرات ماده تاریک باید ضد ذرات خودشان باشند، به این معنی که دو ذره ماده تاریک با یکدیگر از بین می فرایند. آزمایش طیف سنج مغناطیسی آلفا (AMS) در ایستگاه فضایی بین المللی از سال 2011 در پی نشانه های آشکار این نابودی بوده و تا به امروز صد ها هزار رویداد را شناسایی کرده است.
از آنجایی که ماده تاریک بسیار بیشتر از ماده معمولی است، اغلب گفته می شود که ماده تاریک نیروی کنترل کننده ای است که ساختار های بزرگی مانند کهکشان ها و خوشه های کهکشانی را سازماندهی می کند. بنابراین، زمانی که در اوایل سال جاری، اخترشناسان اعلام کردند کهکشانی به نام NGC 1052-DF2 را پیدا کرده اند که به نظر می رسد حاوی ماده تاریک باشد، عجیب بود.
یک سیگنال برخی از فیزیک دانان را به این موضوع سوق داده است که ماده تاریک ممکن است دارای بار الکتریکی باشد. تشعشعات با طول موج 21 سانتی متر از طریق ستارگان در دوران اولیه جهان، تنها 180 میلیون سال پس از انفجار بزرگ منتشر شد. سپس از طریق هیدروژن سردی که در همان زمان در اطراف بود، جذب شد. جولیان مونوز اخترفیزیکدان از دانشگاه هاروارد این فرضیه را بیان نمود که ماده تاریک با یک بار الکتریکی می تواند گرما را از هیدروژن فراگیر دور کند.
نوترون ها ذرات ماده منظم با طول عمر محدود هستند. پس از حدود 14.5 دقیقه، یک نوترون به یک پروتون، یک الکترون و یک نوترینو تجزیه می شود. تنظیم آزمایشی مختلف، طول عمر کمی متفاوت برای این فروپاشی دارند. در اوایل سال جاری، فیزیک دانان پیشنهاد کردند که اگر یک درصد، برخی از نوترون ها به ذرات ماده تاریک تجزیه شوند، می تواند دلیل این ناهنجاری باشد.
برای سال های متمادی، اقلیتی از فیزیک دانان این ایده را مطرح کرده اند که شاید نظریه های گرانش نادرست باشند، و معتقد بودند نیروی بنیادی در مقیاس های بزرگ متفاوت از آنچه ما انتظار داریم کار می کند. این پیشنهادات که اغلب با عنوان دینامیک نیوتنی اصلاح شده یا مدل های MOND شناخته می شود، بیان می کند که ماده تاریک وجود ندارد و سرعت های فوق العاده ای که ستاره ها و کهکشان ها به دور یکدیگر می چرخند، نتیجه رفتار های شگفت انگیز گرانش است.
بیشتربخوانید
منبع: باشگاه خبرنگاران جوان