آیا خورشید می‌تواند ماده تاریک غیر متقارن را به دام اندازد؟

بیگ بنگ: براساس کار جدید یک گروه بین‌المللی از پژوهشگران، می‌توان تفاوت‌های غیر قابل توضیح میان الگوهای ریاضی از خورشید و مشاهدات نجومی را با در نظر گرفتن حضور ماده تاریک در خورشید حل کرد.

تلۀ خورشیدی: آیا ماده تاریک توسط خورشید به دام افتاده است؟

تلۀ خورشیدی: آیا ماده تاریک توسط خورشید به دام افتاده است؟

به گزارش بیگ بنگ به نقل از انجمن فیزیک ایران، این گروه در مدلی که ارائه کرده است، برای ماده تاریک برهمکنشی خاص با ماده معمولی در نظر گرفته است که به تکانه وابسته است. این مدل می‌ تواند داده‌های مشاهده‌ شده را بسیار بهتر از الگوهای ماده تاریک معمول توضیح دهد. این پژوهشگران اعتقاد دارند که ذراتی که آنها فرض کرده‌اند، قابل شناسایی توسط آشکارسازهای مستقیم و یا شتاب‌دهنده‌های ذرات هستند.

در سال‌های اخیر، دانشمندان تخمین‌شان از سهم عناصر سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم در خورشید را کاهش داده‌اند. این تخمین‌های جدید بر اساس بازتعبیری از داده‌های طیف نگاری، مشکلی جدید ایجاد کرده است. هنگامی‌ که الگوهای ریاضی مرسوم از ساختار خورشید در نظر گرفته می‌شود، چندین تضاد با مقادیر کمیت‌های مختلفی که با نگاه به تغییرات دوره‌ای اندازه خورشید در اثر امواج فشار آکوستیک اندازه‌گیری می‌شوند، پیش می‌آید. این مطالعه ساختار داخلی خورشید از طریق اثر امواج آکوستیک به نام helioseismology شناخته می‌شود. برای رفع این ناسازگاری‌ها، پژوهشگران راه‌های جدیدی برای رسیدن گرما از هسته خورشید به سطح آن را جستجو می‌کنند. یک راه این است که خورشید ممکن است دارای ماده تاریک باشد که هنگام عبور از هاله کیهانی آن را به دام می‌اندازد. چنین ماده‌ای می‌تواند گرما را از هسته به سمت لایه‌های بیرونی خنک‌تر خورشید حمل کند.

پژوهشگران فیزیک ذرات کاندیدهای بسیاری برای ماده تاریک فرض کرده اند؛ از ذرات جرم‌دار با برهمکنش ضعیف (WIMPs) و آکسیون‌ها تا ذرات ابر تقارن همچون نوترالینوها. در اغلب این‌ها احتمال برهم‌کنش دو ذره (سطح مقطع برهم‌کنش) مستقل از تکانه تبادل شده در این برهم‌کنش است. اما اخیراً نظریه‌های جدیدی ساخته شده است که شامل ماده تاریک غیر متقارن است به طوری‌که ماده تاریک می‌تواند شریک پاد ماده خودش را داشته باشد. برخی از این الگوها اجازه می‌دهند که سطح مقطع برهم‌کنش به مجذور تکانه تبادل شده بستگی داشته باشد. پژوهشگر ذرات و اخترفیزیک ارون وینسنت (Aaron Vincent ) از دانشگاه دورهام در انگلیس همراه با همکارانش از ایمپریال کالج لندن و موسسه ای از اسپانیا بررسی کرده‌اند که چگونه الگوهایی از ماده تاریک غیر متقارن که به روش‌های گوناگون با ماده معمول برهم‌کنش می‌کنند، می‌توانند رابطه میان الگوهای نظری از خورشید و مشاهدات را تحت تاثیر قرار دهند.

محققان به چندین ویژگی از خورشید دقت کردند که به چندین روش اندازه‌گیری شده است; استفاده از الگوهای ریاضی پذیرفته‌شده برای اندازه‌گیری سرعت امواج آکوستیک درون خورشید، عمق پوش رسانش گرمایی و شدت نوترینوهای خروجی. آنها این مقادیر را با آنچه توسط مدل خورشیدی استاندارد پیشگویی شده است، مقایسه کردند و سپس این مقایسه با الگوهایی انجام شد که ماده تاریکی را در نظر می‌گیرند که به سه روش می‌تواند با ماده باریونی (معمول) برهم‌کنش کند. در دو مورد از این سه روش، سطح مقطع برهم‌کنش مستقل از تکانه بود در حالی‌که در سومین روش، سطح مقطع برهم‌کنش متناسب با مربع تکانه تبادل شده بود. در هر مورد آن‌ها پارامترهایی (برای مثال جرم ذره ماده تاریک) را انتخاب کردند که بهترین برازش ممکن با اطلاعات رصدی را بدست آورند.

آنها متوجه شدند که الگویی با سطح مقطع برهم‌کنش وابسته به تکانه می‌تواند منجر به برازشی عالی ‌شود، در صورتی که ذره ماده تاریک جرمی حدود Gev 3 داشته باشد. در حالی‌که هیچ یک از مدل استاندارد خورشیدی و آن دو مدل ماده تاریک نمی‌توانند حتی سازگاری جزئی با مقادیر مشاهده شده نشان دهند. چنین الگویی با سطح مقطع برهم‌کنش وابسته به تکانه دارای ذراتی است که مسیر آزاد میانگین بزرگ‌تری درون خورشید دارند و بنابراین می‌توانند گرما را به طرز موثرتری به سمت لایه‌های خروجی انتقال دهند. وینسنت توضیح می‌دهد که چنین برهم‌کنشی احتمالاً جزو یکی از چهار نیروی بنیادی شناخته شده نیست، «این یک برهم‌کنش ِ جدید میان ماده تاریک و مدل استاندارد خواهد بود.» فابیو لوکو (Fabio Iocco) از موسسه آمریکای جنوبی پژوهش بنیادی در سائوپائولو برزیل تحت تاثی این کار قرار گرفته است. او می‌گوید آنچه وینسنت و همکارانش انجام داه‌اند، گرفتن یک نوع جدید از ماده تاریک است «تلاش و دیدن اینکه آیا یک مشکل مشاهداتی را حل می‌کند و آن را به صورت یک مفهوم جدید ارائه داده‌اند که خوش تعریف است. این مورد برای سال‌ها کنار گذاشته شده بود چون انجامش بسیار سخت است.»

این پژوهشگران امیدوارند که الگویشان را در کاری که پیش رو است، بیشتر گسترش دهند. «احتمالاً باغ وحشی از ذرات مختلف وجود داشته باشد که این برهم‌کنش را بدهند اما هنوز واضح نیست که آیا هیچ یک از آن‌ها هنگام بررسی جزئیات واقعاً کار کنند یا خیر»، این نظر وینسنت است. این گروه همچنین امیدوار است که کار تجربی پیش رو در شتاب‌دهنده هادرونی بزرگ در سرن و آشکارسازهای ماده تاریک زیر زمین جستجوی ماده تاریک فوق برودتی (SuperCDMS) وجود چنین ذره‌ای را تایید و یا رد کند. او می‌افزاید «ما بسیار نزدیک به فهم این مطلب هستیم که آیا این واقعاً یک نشانه از ماده تاریک است و یا ما توسط چیزی به لغزش افتاده‌ایم که از نظر ریاضی شبیه ماده تاریک است، اما واقعاً چیزی ظریف‌تر است که در خورشید رخ می‌دهد.» این تحقیق در Physical Review Letters به چاپ می‌رسد و نسخه‌ای از آن در آرکایو قرار دارد.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: physicsworld – ترجمه: آزاده نعمتی

(6 نفر , میانگین : 5٫00 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=26390
تحریریه‌ی بیگ بنگ

تحریریه‌ی بیگ بنگ

وب سایت بیگ بنگ یک سایت علمی، تحقیقاتی میباشد که توسط تعدادی از علاقمندان به علم و دانش اداره می شود. این سایت از اواخر سال 1390 تاکنون به فعالیت خود در این حوزه ادامه داده است.

شما ممکن است این را هم بپسندید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *