بیگ بنگ: براساس كار جديد يك گروه بين‌المللي از پژوهشگران، مي‌توان تفاوت‌هاي غير قابل توضيح ميان الگوهاي رياضي از خورشيد و مشاهدات نجومي را با در نظر گرفتن حضور ماده تاريك در خورشيد حل كرد.

به گزارش بیگ بنگ به نقل از انجمن فیزیک ایران، اين گروه در مدلي كه ارائه كرده است، براي ماده تاريك برهمكنشي خاص با ماده معمولي در نظر گرفته است كه به تكانه وابسته است. اين مدل مي‌ تواند داده‌هاي مشاهده‌ شده را بسيار بهتر از الگوهاي ماده تاريك معمول توضيح دهد. اين پژوهشگران اعتقاد دارند كه ذراتي كه آنها فرض كرده‌اند، قابل شناسايي توسط آشكارسازهاي مستقيم و يا شتاب‌دهنده‌هاي ذرات هستند.

در سال‌هاي اخير، دانشمندان تخمين‌شان از سهم عناصر سنگين‌تر از هيدروژن و هليوم در خورشيد را كاهش داده‌اند. اين تخمين‌هاي جديد بر اساس بازتعبيري از داده‌هاي طيف نگاري، مشكلي جديد ايجاد كرده است. هنگامي‌ كه الگوهاي رياضي مرسوم از ساختار خورشيد در نظر گرفته مي‌شود، چندين تضاد با مقادير كميت‌هاي مختلفي كه با نگاه به تغييرات دوره‌اي اندازه خورشيد در اثر امواج فشار آكوستيك اندازه‌گيري مي‌شوند، پيش مي‌آيد. اين مطالعه ساختار داخلي خورشيد از طريق اثر امواج آكوستيك به نام helioseismology شناخته مي‌شود. براي رفع اين ناسازگاري‌ها، پژوهشگران راه‌هاي جديدي براي رسيدن گرما از هسته خورشيد به سطح آن را جستجو مي‌كنند. يك راه اين است كه خورشيد ممكن است داراي ماده تاريك باشد كه هنگام عبور از هاله كيهاني آن را به دام مي‌اندازد. چنين ماده‌اي مي‌تواند گرما را از هسته به سمت لايه‌هاي بيروني خنك‌تر خورشيد حمل كند.

پژوهشگران فيزيك ذرات كانديدهاي بسياري براي ماده تاريك فرض كرده اند؛ از ذرات جرم‌دار با برهمكنش ضعيف (WIMPs) و آكسيون‌ها تا ذرات ابر تقارن همچون نوترالينوها. در اغلب اين‌ها احتمال برهم‌كنش دو ذره (سطح مقطع برهم‌كنش) مستقل از تكانه تبادل شده در اين برهم‌كنش است. اما اخيراً نظريه‌هاي جديدي ساخته شده است كه شامل ماده تاريك غير متقارن است به طوري‌كه ماده تاريك مي‌تواند شريك پاد ماده خودش را داشته باشد. برخي از اين الگوها اجازه مي‌دهند كه سطح مقطع برهم‌كنش به مجذور تكانه تبادل شده بستگي داشته باشد. پژوهشگر ذرات و اخترفيزيك ارون وينسنت (Aaron Vincent ) از دانشگاه دورهام در انگليس همراه با همكارانش از ايمپريال كالج لندن و موسسه اي از اسپانيا بررسي كرده‌اند كه چگونه الگوهايي از ماده تاريك غير متقارن كه به روش‌هاي گوناگون با ماده معمول برهم‌كنش مي‌كنند، مي‌توانند رابطه ميان الگوهاي نظري از خورشيد و مشاهدات را تحت تاثير قرار دهند.

محققان به چندين ويژگي از خورشيد دقت كردند كه به چندين روش اندازه‌گيري شده است; استفاده از الگوهاي رياضي پذيرفته‌شده براي اندازه‌گيري سرعت امواج آكوستيك درون خورشيد، عمق پوش رسانش گرمايي و شدت نوترينوهاي خروجي. آنها اين مقادير را با آنچه توسط مدل خورشيدي استاندارد پيشگويي شده است، مقايسه كردند و سپس اين مقايسه با الگوهايي انجام شد كه ماده تاريكي را در نظر مي‌گيرند كه به سه روش مي‌تواند با ماده باريوني (معمول) برهم‌كنش كند. در دو مورد از اين سه روش، سطح مقطع برهم‌كنش مستقل از تكانه بود در حالي‌كه در سومين روش، سطح مقطع برهم‌كنش متناسب با مربع تكانه تبادل شده بود. در هر مورد آن‌ها پارامترهايي (براي مثال جرم ذره ماده تاريك) را انتخاب كردند كه بهترين برازش ممكن با اطلاعات رصدي را بدست آورند.

آنها متوجه شدند كه الگويي با سطح مقطع برهم‌كنش وابسته به تكانه مي‌تواند منجر به برازشي عالي ‌شود، در صورتي كه ذره ماده تاريك جرمي حدود Gev 3 داشته باشد. در حالي‌كه هيچ يك از مدل استاندارد خورشيدي و آن دو مدل ماده تاريك نمي‌توانند حتي سازگاري جزئي با مقادير مشاهده شده نشان دهند. چنين الگويي با سطح مقطع برهم‌كنش وابسته به تكانه داراي ذراتي است كه مسير آزاد ميانگين بزرگ‌تري درون خورشيد دارند و بنابراين مي‌توانند گرما را به طرز موثرتري به سمت لايه‌هاي خروجي انتقال دهند. وينسنت توضيح مي‌دهد كه چنين برهم‌كنشي احتمالاً جزو يكي از چهار نيروي بنيادي شناخته شده نيست، «اين يك برهم‌كنش ِ جديد ميان ماده تاريك و مدل استاندارد خواهد بود.» فابيو لوكو (Fabio Iocco) از موسسه آمريكاي جنوبي پژوهش بنيادي در سائوپائولو برزيل تحت تاثي اين كار قرار گرفته است. او مي‌گويد آنچه وينسنت و همكارانش انجام داه‌اند، گرفتن يك نوع جديد از ماده تاريك است «تلاش و ديدن اينكه آيا يك مشكل مشاهداتي را حل مي‌كند و آن را به صورت يك مفهوم جديد ارائه داده‌اند كه خوش تعريف است. اين مورد براي سال‌ها كنار گذاشته شده بود چون انجامش بسيار سخت است.»

اين پژوهشگران اميدوارند كه الگويشان را در كاري كه پيش رو است، بيشتر گسترش دهند. «احتمالاً باغ وحشي از ذرات مختلف وجود داشته باشد كه اين برهم‌كنش را بدهند اما هنوز واضح نيست كه آيا هيچ يك از آن‌ها هنگام بررسي جزئيات واقعاً كار كنند يا خير»، اين نظر وينسنت است. اين گروه همچنين اميدوار است كه كار تجربي پيش رو در شتاب‌دهنده هادروني بزرگ در سرن و آشكارسازهاي ماده تاريك زير زمين جستجوي ماده تاريك فوق برودتي (SuperCDMS) وجود چنين ذره‌اي را تاييد و يا رد كند. او مي‌افزايد «ما بسيار نزديك به فهم اين مطلب هستيم كه آيا اين واقعاً يك نشانه از ماده تاريك است و يا ما توسط چيزي به لغزش افتاده‌ايم كه از نظر رياضي شبيه ماده تاريك است، اما واقعاً چيزي ظريف‌تر است كه در خورشيد رخ مي‌دهد.» اين تحقيق در Physical Review Letters به چاپ مي‌رسد و نسخه‌اي از آن در آركايو قرار دارد.

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