جستجوی ماده تاریک در نخستین لحظات تولد کیهان

بیگ بنگ: دو مورد از مهم ترین معما های کیهان شناسی، ماده تاریک و انبساط کیهان در لحظات آغازین، توسط پژوهش اخیر بهم گره خورده اند که مطالعه در مورد نقاط عطف و تراکم یکی منجر به درک بهتر دیگری می شود. هر چند این موضوع به طور مستقیم آشکار نشده، اما محققان فکر می کنند ماده تاریک ممکن است بخش قابل توجهی از جرم هستی را تشکیل می دهد. بیشتر ماده تاریک در هاله های بزرگ در اطراف کهکشان ها تشکیل شده است، که شامل اطراف کهکشان راه شیری نیز می شود، چرا که دانشمندان تاثیرات آن را در جاذبه ی گرانشی کهکشان مشاهده کرده اند.

محققان با استفاده از اطلاعات تلسکوپ فضایی پرتوی گامای فرمی و اطلاعات منابع دیگر به جستجوی آثار ساختارهای مادۀ تاریک موسوم به هاله های کوچک فرافشرده پرداختند، که وجود یا عدم وجود داشتن آنها میتواند شرایط را در کیهان نخستین تبیین کند. در اینجا نقشه ی 5 سالۀ داده های فرمی را می بینید.

محققان با استفاده از اطلاعات تلسکوپ فضایی پرتوی گامای فرمی و اطلاعات منابع دیگر به جستجوی آثار ساختارهای مادۀ تاریک موسوم به هاله های کوچک فرافشرده پرداختند، که وجود یا عدم وجود داشتن آنها میتواند شرایط را در کیهان نخستین تبیین کند. در اینجا نقشه ی ۵ سالۀ داده های فرمی را می بینید.

به گزارش بیگ بنگ، مطالعات جدید از وجود مخازن کوچکتری برای ماده تاریک سخن می گویند، مخازنی موسوم به هاله های کوچک فرا فشرده(ultracompact minihalos) که تاثیر قابل ملاحظه ای اعمال می کنند. این مطالعات بیان می کنند که شواهد – یا به عبارت بهتر فقدان شواهد(مستندات)- در مورد این هاله های کوچک می تواند برای محدود کردن پارامتر های تورم (در بازه ی زمانی کوتاهی پس از بیگ بنگ که کیهان با سرعت خارق العاده ای در حال گسترش بوده است) به کار گرفته شوند.

لاین پرایس، فیزیکدان دانشگاه کارنگی ملون در پیتسبورگ و نویسندۀ این مقاله گفت:« چیزی که ما برای نخستین بار انجام دادیم ارتباط دادن ساختارهای تاریک فرافشرده در کیهان و وجود احتمالی آنها برای تورم بود. این هاله های کوچک فرافشرده می توانستند تشکیل شوند، اما نشده اند و این حقیقت که آنها تشکیل نشده اند می تواند چیزی در مورد ساختار کیهان در لحظات آغازین به ما بگوید.» مطالعات نشان می دهد برای اینکه جهان به حالت کنونی اش برسد، می بایست برای مدت زمان بسیار کوتاهی پس از بیگ بنگ با سرعت خارق العاده ای گسترش یافته باشد و سپس سرعتش کم شده و به سرعت کنونی انبساطش رسیده باشد.

با اینکه دانشمندان همه ی جزییات در مورد این مدت، یا مکانیزم دقیق تورم را نمی دانند، ویژگی هایی مانند طبیعت یکنواخت فضا و حتی توزیع تابش پس زمینۀ کیهانی – اثرات میکروموج بجا مانده از بیگ بنگ– پشتیبانی برای آن رویداد خارق العاده ارائه می کند. مدل های بسیاری برای توصیف چگونگی تورم کیهانی وجود دارد، و محققان هر جزییاتی که از آن زمان به جا مانده باشد و بتواند داده های موجود را به داده های دقیق تر محدود کند، جمع آوری می کنند. با اینکه برخی از مدل های تورم ممکن است منجر به شرایطی شوند که این هاله های کوچک به وجود بیایند، اما “پرایس” می گوید: محققان هیچ اثری از گرانش ِ آنها (هاله های کوچک) یا به وجود آمدن پرتوی گاما توسط آنها پیدا نکرده اند که این طور به نظر می رسد که جهان آغازین برای به وجود آوردن چنین هاله های تاریکی به قدر کافی بسته های ماده ی چگال نداشته است.

نمایی شماتیک از تاریخ کیهانی

نمایی شماتیک از تاریخ کیهانی

به گفته ی پرایس: « تورم، جهان بسیار همگن تر و هموارتری را پیش بینی می کند؛ یک جهان بسیار بسیار مسطح، با برجستگی ها و فرو رفتگی های بسیار بسیار کم در نواحی چگال متشکل از ماده در کیهان. اما تورم، برآمدگی ها و فرو رفتگی های کم تعدادی را نیز در اثر تغییرات مکانی پیش بینی می کند که دامنه و اندازه یشان با جزئیات تورم قابل محاسبه است.» اگر ۱۳ میلیارد سال پیش، چگالی توده های متمرکز به حد کافی بالا میرفت، ممکن بود بسته هایی از ماده تاریک در اندازه های بسیار کوچک و فشرده ای با جرمی حدود ۱۰۰۰ برابر جرم خورشید فرو میریخت. آن هاله های کوچک فرافشرده به مثابه ی تاریخچه ای از زمان های آغازین عمل می کردند که به همه ی نقاط کیهان پاشیده می شدند و وجودشان در کهکشان راه شیری نیز ممکن بود.

پرایس معتقد است: کهکشان هایی که قابل مشاهده هستند، سیاهچاله ها و هاله های بزرگ ِ ماده تاریک و … همگی بعدتر تشکیل شده اند. برای پیدا کردن هاله های کوچک محققان دو استراتژی اتخاذ کرده اند. اولی تپ اخترهای مشاهده شده هستند: ستاره های نوترونی چشمک زنی که به عنوان ساعت های کیهانی عمل می کنند. چنانچه هاله ی کوچکی از میان خط واصل زمین و تپ اختر عبور کند، آن هاله ی کوچک امضای قابل تشخیصی در میان داده های معین و غالبا متمایز تپ اختر به وجود خواهد آورد.

استراتژی دوم بر پایه ی این حقیقت که هاله های کوچک بسیار چگال اند بنا شده است. بنا به گفته ی پرایس:« از آنجاییکه به نظر نمی رسد ماده تاریک با مادۀ عادی برهمکنش انجام دهد، بعضی از مدل ها این فرضیه را مطرح کردند که ممکن است ماده تاریک با خودش برهمکنش انجام دهد و منجر به تولید پرتو گاما شود.» از آنجایی که هاله های کوچک بسیار چگالند، اینکه پرتوی گاما(در مقایسه با سایر امواج طیف امواج الکترومغناطیسی) تولید شود، محتمل تر است. با استفاده از اطلاعات منظم تپ اخترها و داده های تلسکوپ پرتو گامای فرمی دانشمندان به این نتیجه رسیدند که هیچ اثری از هاله های کوچک که از روز های آغازین کیهان باقی مانده باشد، وجود ندارد. این بدان معناست که تورم می بایست به گونه ای پیشروی کرده باشد که نقطه ای با چگالی کافی برای ایجاد این هاله های کوچک به وجود نیاورده باشد.

تصویری هنری از روند تورم کیهان

تصویری هنری از روند تورم کیهان

پژوهشگران به وسیله ی ترکیب کردن آن شرایط با نتایج آنالیزهای تابش پس زمینۀ کیهانی مرزهای محکم تری برای پاسخ به سوال ” تورم چگونه رخ داده است؟” ایجاد کرده اند؛ به دیگر سخن بازه ی احتمالات ممکن در مورد چگونگی تورم کیهان را محدودتر کرده اند. برای مثال اگر در حین تورم، جهان در مقیاس های کوچک نسبت به مقیاس های بزرگ نوسان های تصادفی نسبی بیشتری داشت، با پیش بینی های حاصل از آنالیز تابش پس زمینۀ کیهانی مطابقت می کرد اما در آن شرایط هاله های کوچک ماده تاریک نیز شکل می گرفتند، پس با استفاده از این نکته پژوهشگران مدل هایی که حاوی شرایط فوق هستند را حذف می کنند.

“رانگا رام چاری” پژوهشگر مرکز اطلاعاتی پلانک در مرکز پردازش و آنالیز پرتو مادون قرمز کلتک که در این پروژه حضور نداشته، گفت: «این مطالعات قطعا احتمالات موجود برای چگونگی تورم کیهان را محدودتر می کنند. این مدل تنها در مورد نوع خاصی از ماده تاریک موسوم به ماده تاریک سرد که قابلیت تشکیل این هاله های کوچک را دارند، صادق است.»(در غیر اینصورت، صرف نظر از تورم، هاله های کوچک تشکیل نخواهند شد) چاری معتقد است: « اگر هاله های کوچک در نهایت روزی پیدا شوند، باز این میتواند مفید باشد چرا که اگر اثر آشکاری از یک هاله ی کوچک فرا فشرده در داده های یک تپ اختر مشاهده شود بیانگر آن است که ممکن است تورم پتانسیل ایجاد مدل های هیجان انگیز دیگری را نیز داراست. اما کیهان بیشتر تمایل دارد قابل تصور باشد، پس بدون داده های مشاهداتی بهتر، نتیجه گیری ها به شدت غیر قابل اتکا هستند.»

پرایس میگوید: « مشاهدات بیشتر و مدل های با جزئیات بیشتر هر دو می توانند به دانشمندان کمک کنند تا مرزهای تورم کیهان را محکم کنند. با پیشرفت بیشتر نظریه و با انجام دادن ِ شبیه سازی های بسیار دقیق تر در مورد تشکیل هاله های کوچک ماده تاریک و زمانی که آنها تشکیل شده اند، محققان می توانند حتی دانش موجود در مورد جهان آغازین را بیشتر کنند. ما دقیقا نمی دانیم ماده تاریک چیست. دقیقا نمی دانیم تورم چگونه رخ داده، اما با وجود این عدم قطعیت میتوانیم با به کار بردن هم زمان هر دوی این مباحث، احتمالات فیزیک جهان آغازین را محدودتر کنیم. جزئیات بیشتر این پژوهش در journal Physical Review Letters منتشر شده است.

ترجمه: محمد آقائی مقدم/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: space.com

image_pdfimage_print
(10 نفر , میانگین : 5٫00 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=56854
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 *