بیگ بنگ: دلیل اینکه ما ماده تاریک را تاریک می‌نامیم این نیست که سایه دارد، بلکه این است که ماده تاریک با نور برهمکنش ندارد. این تفاوت ظریف، اما بسیار مهم است.

به گزارش بیگ بنگ، ماده معمولی می‌تواند تاریک باشد زیرا نور را جذب می‌کند. به همین دلیل است که، برای مثال، ما می‌توانیم سایه‌ی ابرهای مولکولی را در برابر ستارگان پراکنده‌ی کهکشان راه شیری ببینیم. چنین چیزی امکانپذیر است زیرا نور و ماده راهی برای اتصال به هم دارند.

نور یک موج الکترومغناطیسی است و اتم‌ها حاوی الکترون‌ها و پروتون‌های باردار الکتریکی هستند، بنابراین ماده می‌تواند نور را ساطع، جذب و پراکنده کند. اما ماده تاریک بار الکتریکی ندارد. هیچ راهی برای ارتباط با نور ندارد و بنابراین وقتی نور و ماده تاریک به هم می‌رسند به سادگی از یکدیگر عبور می‌کنند.

همه‌ی مشاهدات ما حاکی از آن است که ماده تاریک و نور فقط گرانش مشترکی دارند. برای مثال، وقتی ماده تاریک در اطراف یک کهکشان جمع می‌شود، کشش گرانشی آن می‌تواند نور را منحرف کند. به همین دلیل ما می‌توانیم توزیع ماده تاریک در کیهان را با مشاهده‌ی نحوه‌ی تابش نور به صورت گرانشی در اطراف آن ترسیم کنیم.

همچنین می‌دانیم که ماده تاریک و ماده معمولی به صورت گرانشی برهم‌کُنش دارند. کشش ماده تاریک باعث می‌شود کهکشان‌ها در کنار هم در ابرخوشه‌ها تجمع یابند. اما یک سوال بی‌پاسخ این است که آیا “ماده تاریک” و “ماده معمولی” فقط به صورت گرانشی برهم‌کُنش دارند؟ اگر یک اتم و ذره ماده تاریک همدیگر را قطع کنند، آیا واقعاً از یکدیگر عبور می‌کنند؟

از آنجایی که ما مستقیماً ذرات ماده تاریک را مشاهده نکرده‌ایم، فقط می‌توانیم حدس بزنیم، اما اکثر مدل‌های ماده تاریک استدلال می‌کنند که گرانش تنها پیوند مشترک با نور و ماده معمولی است. ماده تاریک و ماده معمولی دور یکدیگر جمع می‌شوند، اما مانند ابرهای میان‌ستاره‌ای با هم برخورد نمی‌کنند و ادغام نمی‌شوند.

اما یک مطالعه‌ی جدید نشان می‌دهد که این دو برهم‌کنش دارند و می‌تواند جنبه‌های ظریف و مرموزی را آشکار نمایند. این مطالعه به بررسی شش کهکشان کوتوله‌ی فوق کم نور یا UFD پرداخته است. آنها کهکشان‌های اقماری نزدیک کهکشان راه شیری هستند که به نظر می‌رسد ستاره‌های بسیار کمتری نسبت به جرمشان دارند.

علت این است که آنها بیشتر از ماده تاریک ساخته شده‌اند. اگر ماده معمولی و ماده تاریک فقط به صورت گرانشی برهم‌کنش داشته باشند، پس توزیع ستارگان در این کهکشان‌های کوچک باید از الگوی خاصی پیروی کند. در واقع اگر ماده تاریک و ماده معمولی به طور مستقیم برهم کنش داشته باشند، این توزیع کج خواهد شد.

برای آزمایش این امر، تیم شبیه‌سازی‌های کامپیوتری هر دو سناریو را اجرا کردند. آنها دریافتند که در مدل غیربرهم‌کنشی، توزیع ستارگان باید در مرکز کهکشان‌های کوتوله متراکم‌تر و در لبه‌ها پراکنده‌تر شود. ولی در مدل برهمکنشی، توزیع ستاره باید یکنواخت‌تر باشد. هنگامی که آنها این مدل‌ها را با مشاهدات شش کهکشان مقایسه کردند، دریافتند که مدل برهم‌کُنشی کمی مناسب‌تر است.

بنابراین به نظر می‌رسد که ماده تاریک و ماده معمولی به روش‌هایی فراتر از کشش‌های گرانشی خود برهم‌کنش دارند. فعلاً داده‌های کافی برای تعیین ماهیت دقیق این برهم‌کنش وجود ندارد، چون هنوز مشخص نیست که بطور قطع برهم‌کنشی وجود دارد یا خیر.

این بدان معناست که مدل‌های سنتی ما از ماده تاریک حداقل تا حدودی اشتباه است. همینطور ممکن است به روش‌های جدیدی برای تشخیص مستقیم ماده تاریک دست یابیم. با گذشت زمان احتمال دارد بالاخره بتوانیم راز این ماده تاریک، اما نه کاملاً نامرئی را حل کنیم. جزئیات بیشتر این پژوهش در Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com