آیا ماده تاریک در طول زمان شکل اجرام را تغییر داده؟

بیگ بنگ: ماده تاریک تقریبأ ۸۵ درصد از مجموع جرم جهان را تشکیل می دهد و فیزیکدانان هنوز هیچ ایده ای درباره آن ندارند. اما یک فرضیه جدید ما را به هویت ماده تاریک نزدیکتر کرده است زیرا فیزیکدانان مشکوکند که ماده تاریک شاید اجرام را در طول زمان تغییر داده باشد – از ذرات شبح مانند در بزرگترین ساختارهای جهان گرفته تا حالت ابر شاره عجیب در مقیاس های کوچکتر. و به زودی ابزار اثبات آن را پیدا خواهیم کرد.

به گزارش بیگ بنگ، ماده تاریک یک مادۀ فرضی است که تقریبأ یک قرن پیش پیشنهاد شد تا تعادل واضح بین مقدار ماده در جهان و مقدار گرانشی که کهکشان های ما را در کنار یکدیگر نگه داشته، را توضیح دهد. نمی توانیم مستقیمأ ماده تاریک را تشخیص دهیم، اما می توانیم تأثیر آن بر همه چیز در پیرامونمان را ببینیم – طریقه چرخش کهکشان ها و شکست نور در زمان سفر در طول جهان نشان می دهند که چیزهای بیشتری نقش آفرینی می کنند که از آنها اطلاعی نداریم.

اکنون فیزیکدانان پیشنهاد کردند که ماده تاریک در طول زمان قوانین را تغییر داده است و این امر می تواند توضیح دهد چرا تا این اندازه گریزان بوده است. فیزیکدان ذره ای “تیم تیت” از دانشگاه کالیفرنیا، ایروین، که در مطالعه مشارکت نداشت به مجله کوانتا گفت: «این یک ایدۀ شسته و رفته است. دو نوع ماده تاریک متفاوت دارید که توسط ِ یک چیز توصیف می شوند.»

دیدگاه سنتی ماده تاریک این است که از ذراتی با تعامل ضعیف مثل اکسیون تشکیل شده اند؛ این ذرات تحت تأثیر نیروی گرانش قرار می گیرند، به صورتی که می توانیم آنها را در مقیاس های بزرگ مشاهده کنیم. این شکل «خنک» ماده تاریک برای پیش بینی رفتار خوشه های کهکشانی پرجرم بکار می رود و با دانش ما از «شبکه کیهانی» جهان انطباق دارد – دانشمندان بیان می کنند که تمام کهکشان ها در یک شبکه بین کهکشانی وسیع متشکل از رشته های نامرئی ماده تاریک به یکدیگر متصل شده اند.

اما وقتی به کهکشان های انفرادی و طریقۀ چرخش ستاره هایشان در مرکز کهکشان می رسیم، چیزی اضافه نمی شود. “جاستین خوری” فیزیکدان دانشگاه پنسیلوانیا  گفت: «بیشترین میزان جرم [در جهان] که به ماده تاریک تعلق دارد از جایی جدا می شود که بیشترین مقدار از مادۀ عادی وجود دارد. در مقیاس شبکه کیهانی، این مسئله با مشاهدات انطباق دارد. در مقیاس خوشه ی کهکشانی، این امر بخوبی رخ می دهد. هرچند، در مقیاس کهکشان ها، این انطباق وجود ندارد.»

خوری و همکارش لاشا برژیانی در دانشگاه پرینستون می گویند؛ علت اینکه نمی توانیم رفتار ماده تاریک را در مقیاس بزرگ و کوچک در جهان توضیح دهیم این است که این ماده می تواند اجرام را تغییر دهد. ذرات ماده تاریک «خنک» را از خوشه های کهکشانی پرجرم بدست آوردیم، اما در یک مقیاس کهکشانی تکی، ماده تاریک در حالت ابر شاره قرار دارد. ابر شاره ها نوعی مادۀ متراکم خنک است که اصطکاک و ویسکوزیته آن صفر است و گاهی اوقات به یک چگالش بوز-اینشتین تبدیل می شود که به «پنجمین حالت ماده» اشاره دارد.

ابر شاره های عجیب و غریب بیش از پیش در دسترس قرار گرفته اند و محققان چند هفته پیش اعلام کردند که برای اولین بار توانسته اند نوری را تولید کنند که در دمای اتاق شبیه یک مایع رفتار می کند – نوعی ابر شاره. هرچه بیشتر ابر شاره ها را درک کنیم، فیزیکدانان تمایل بیشتری برای پذیرش این ایده دارند که ابر شاره ها در جهان رایج تر از چیزی هستند که تصور می کنیم. جنیفر اولت برای مجلۀ کوانتا توضیح می دهد: «اخیرأ، فیزیکدانان بیشتری تصور کرده اند که مراحل ابر شاره به طور طبیعی در شرایط سخت فضا تشکیل می شوند. ممکن است ابر شاره ها درون ستاره های نوترونی وجود داشته باشند و برخی از محققان حدس زده اند که فضا-زمان خودش می تواند یک ابر شاره باشد. بنابراین چرا ماده تاریک نباید مرحلۀ ابر شاره داشته باشد؟»

ایده این است که «هاله های» ماده تاریکی که در پیرامون تک تک کهکشان ها وجود دارد شرایط لازم برای تشکیل یک ابر شاره را فراهم می کنند – کشش گرانشی کهکشان تضمین می کند که به طور متراکم بسته بندی شده و سرمای فضا دما را به طور مطلوبی پایین نگه می دارد. در یک مقیاس بزرگتر، این کشش گرانشی برای تشکیل یک ابر شاره خیلی ضعیف می شود. در اینجا نکته کلیدی این است که ماده تاریک ابر شاره می توانید رفتارهای عجیب کهکشان ها را توضیح دهد ولی گرانش به تنهایی نمی تواند – دومین نیروی تعریف نشده در اینجا معرفی می شود که درست مثل گرانش درون هاله های ماده تاریک پیرامون آن عمل می کند.

همانطور که کولت توضیح می دهد، وقتی یک میدان الکتریکی را مختل می سازید، امواج رادیویی را می گیرید و وقتی یک میدان گرانشی را مختل می کنید، امواج گرانشی را می گیرید. خب وقتی یک ابر شاره را مختل می کنید چطور؟ فوتون ها (امواج صوتی) را می گیرید و این نیروی اضافی علاوه بر گرانش کار می کند. خوری گفت: «این کار خوبی است چون یک نیروی اضافی در رأس گرانش دارید، اما در واقع ذاتأ به ماده تاریک متصل است. این خاصیت ماده تاریک است که این نیرو را ایجاد می کند.» این ایده هنوز باید تحت بررسی قرار گیرد، بنابراین در حال حاضر در قلمرو فرضیه قرار دارد.

یک مسئلۀ بزرگ این است که این ایده می تواند «دینامیک نیوتنی اصلاح شده» (MOND) را نیز توضیح دهد – نظریه ای که می گوید اصلاح قوانین نیوتن برای توضیح خواص ویژه مشاهده شده در کهکشان ها لازم است. تیم محققان اعلام کرد: «در کهکشان ها، یک حرکت ابر شاره ای ماده تاریک و MOND اعمال می شود. هرچند، در خوشه های کهکشانی، حرکت ابر شاره ای ماده تاریک و MOND به چشم نمی خورد.» باید منتظر بمانیم و ببینیم که این فرضیه به کجا پیش می رود، اما خوری و برژیانی می گویند که به روش های واقعی و قابل آزمایش برای اثبات پیش بینی هایشان براساس ماده تاریک ابر شاره نزدیک شده اند. و اگر پیش بینی هایشان به حقیقت بپیوندند، به اسرار کیهانی پی خواهیم برد. این تحقیق به طور آنلاین در سایت arXiv.org موجود است.

ترجمه: سحر  الله وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com

 

image_pdfimage_print
(9 نفر , میانگین : 4٫89 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=67752
سحر الله وردی

سحر الله وردی

کارشناس مترجمی زبان انگلیسی و کارشناس ارشد آموزش زبان انگلیسی. علاقمند به علوم مختلف از جمله نجوم، کیهان شناسی و فیزیک می باشد و به عنوان نویسنده و مترجم متون تخصصی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

پاسخ دهید

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