بیگ بنگ: یک پژوهش جدید نشان می‌دهد “ماده تاریک” این پدیده ناشناخته و مرموز، ممکن است پیش از بیگ بنگ به وجود آمده باشد.

به گزارش بیگ بنگ، در باور رایج، بیگ بنگ آغاز همه چیز است – ماده، ماده تاریک، فضا، انرژی و تمام چیزهایی که وجود دارند. بعد از بیگ بنگ، جهان وارد دوره‌ای به نام تورم کیهانی شد که در کسری از ثانیه اندازه‌اش به شکل غیرقابل‌تصوری افزایش یافت. اما برخی نظریه‌ها پیشنهاد می‌کنند که این دوره تورمی پیش از بیگ بنگ رخ داده است. اکنون گروهی از فیزیکدانان دانشگاه تگزاس در آستین مدلی ارائه کرده‌اند که نشان می‌دهد ماده تاریک شاید در همین بازه زمانی کوتاه شکل گرفته باشد.

این مدل که به آن WIFI (تورم گرم با یخ‌بندان) گفته می‌شود، توضیح می‌دهد که چگونه ذرات ماده تاریک از طریق تعاملات کوچک میان تابش و ذرات در یک محیط گرم و پر از انرژی به وجود آمده‌اند.

“کاترین فریز” فیزیکدان نظری و یکی از نویسندگان این پژوهش، گفت: «ویژگی منحصربه‌فرد مدل ما این است که ماده تاریک با موفقیت در طول تورم تولید می‌شود. در اکثر مدل‌ها، هر چیزی که در این دوران شکل بگیرد، به دلیل انبساط بسیار سریع جهان ناپدید می‌شود، به طوری که دیگر چیزی باقی نمی‌ماند.»

پیش از بیگ بنگ چه اتفاقی افتاد؟

طبق نظریه‌های کنونی، پیش از بیگ بنگ، تمام جهان در نقطه‌ای کوچک و متراکم به نام تکینگی متمرکز بود، جایی که فضا-زمان به طور کامل خمیده شده بود. اما قوانین شناخته‌شده فیزیک در چنین شرایطی از کار می‌افتند. بنابراین، برخی فیزیکدانان فرض می‌کنند که پیش از بیگ بنگ، دورانی دیگر وجود داشته است.

این دوران می‌تواند فروپاشی یک جهان قبلی باشد، همان‌طور که در مدل «جهش بزرگ» مطرح می‌شود. یا ممکن است دوره‌ای از تورم کیهانی باشد، دوره‌ای بسیار کوتاه که انرژی در آن به ماده و نور تبدیل شده و آنچه را که ما بیگ بنگ می‌نامیم آغاز کرده است. از این نقطه به بعد، جهان طبق قوانین نسبیت عام شروع به تکامل کرده است.

نویسندگان این تحقیق اولین کسانی نیستند که پیشنهاد داده‌اند تورم کیهانی پیش از بیگ بنگ رخ داده است. حتی اولین کسانی نیستند که مطرح کرده‌اند “ماده تاریک” در این دوره شکل گرفته است. آنچه مدل آن‌ها را متمایز می‌کند، مکانیزمی است که توضیح می‌دهد “ماده تاریک” چگونه ایجاد شده و چرا مقدار آن با مشاهدات نجومی همخوانی دارد.

تورم گرم، که در مدل WIFI مطرح شده، ایده‌ای شناخته‌شده است که می‌گوید در طول انبساط کیهان، تابش نیز تولید می‌شود. این تابش، یک «حمام گرمایی» ایجاد می‌کند که امکان وقوع تعاملات کوچک اما مهم را فراهم می‌آورد.

در این مدل، میدان فرضی ذراتی به نام اینفلاتون‌ها (که شبیه به بوزون هیگز هستند) در طول تورم مقداری از انرژی خود را به تابش منتقل کرده است. سپس تابش از طریق فرآیندی به نام یخ‌بندان فرابنفش، ذرات ماده تاریک را شکل داده است. بر اساس محاسبات این تیم، این مکانیزم مقدار کافی از ماده تاریک تولید می‌کند تا با مقدار مشاهده‌شده در جهان همخوانی داشته باشد.

آیا این معما حل شده است؟

نه هنوز. مدل WIFI یکی از فرضیه‌های متعددی است که وجود دارد. مثلاً برخی پژوهش‌ها پیشنهاد می‌کنند که ماده تاریک بعدها از طریق یک رویداد جداگانه به نام «بیگ بنگ تاریک» به وجود آمده است. این مدل فعلاً به طور مستقیم قابل آزمایش نیست، اما بخشی از آن ممکن است به زودی بررسی شود. مطالعاتی که در آینده روی تابش زمینه کیهانی انجام خواهند شد می‌تواند امکان آزمودن ایدۀ “تورم گرم” را فراهم کند.

“گابریله مونتفالکونه” یکی از نویسندگان این مطالعه، می‌گوید: «اگر مشاهدات آینده نشان دهند که “تورم گرم” واقعاً درست است، این می‌تواند شواهد بیشتری ارائه دهد که “ماده تاریک” چگونه شکل گرفته است.» جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Physical Review Letters منتشر شده است.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: sciencealert.com