بیگ بنگ: مدل استاندارد کیهان‌شناسی عملکرد بسیار خوبی در توضیح جهان دارد، اما در چند مورد، اعداد و مشاهدات دقیقاً با پیش‌بینی‌های آن جور در نمی‌آیند. همین موضوع باعث شده نظریه‌های مختلفی دربارۀ وجود نیروهای تاریک و برهم‌کنش‌های ناشناخته‌ای که در پس‌زمینه جهان فعالیت می‌کنند، مطرح شود.
به گزارش بیگ بنگ، یکی از این نظریه‌ها تلاش می‌کند پدیده‌ای را توضیح دهد که به آن «توده‌ای شدن» یا «دانه‌دانه شدن» ماده تاریک می‌گوییم. ماهیت ماده تاریک هنوز ناشناخته است، اما دانشمندان می‌دانند که این ماده بخش بزرگی از چارچوب گرانشی جهان را تشکیل می‌دهد؛ چارچوبی که به شکل‌گیری کهکشان‌ها و ساختار عظیم شبکه کیهانی کمک می‌کند.
بااین‌حال، برخی مشاهدات نشان می‌دهند که ساختارهای کیهانی در دوره‌های متأخرتر جهان ممکن است بیش از چیزی که مدل استاندارد کیهان‌شناسی پیش‌بینی می‌کند، به شکل توده‌ای و متراکم در کنار یکدیگر قرار گرفته باشند.
پژوهش‌های اخیر این احتمال را مطرح کرده‌اند که علاوه بر گرانش، نیروی دیگری نیز می‌تواند وجود داشته باشد که این توده‌های ماده تاریک را به سمت یکدیگر می‌کشد؛ برهم‌کنشی پنهان که فقط در «بخش تاریک» جهان عمل می‌کند.
نیرویی که قرار نیست نتیجه‌ای که انتظار داریم ایجاد کند
حالا گروهی از پژوهشگران کانادایی و آمریکایی در یک مطالعۀ جدید، یکی از ساده‌ترین نسخه‌های این ایده را با دقت بررسی کردند.
نتیجه جالب است: اضافه کردن یک نیروی جاذبه جدید میان ذرات ماده تاریک، لزوماً باعث نمی‌شود جهان قابل مشاهده توده‌ای‌تر و ساختارمندتر شود. زکری واینر، فیزیک‌دان نظری از مؤسسه پریمیتر برای فیزیک نظری در کانادا، می‌گوید: «اولین چیزی که انتظار دارید این است که اگر یک نیروی جاذبه اضافی به ماده تاریک بدهید، ساختارها باید سریع‌تر رشد کنند.» اما هم‌زمان اثر دیگری نیز وارد ماجرا می‌شود.
به زبان ساده، اگر ماده تاریک را چارچوب اصلی ساختار کیهانی در نظر بگیریم، منطقی به نظر می‌رسد که اگر ذرات ماده تاریک بیشتر یکدیگر را جذب کنند، روند شکل‌گیری ساختارهای کیهانی نیز سریع‌تر شود؛ یعنی ماده تاریک باید راحت‌تر در کنار هم جمع شود و توده‌های بزرگ‌تری ایجاد کند.
اما مدل‌سازی پژوهشگران، که با داده‌های مربوط به تابش زمینه کیهانی و ساختارهای بزرگ‌مقیاس جهان مقایسه شده، نشان می‌دهد که این نیروی تاریک واقعاً می‌تواند باعث افزایش توده‌ای شدن ماده تاریک شود. اما اثر دیگری تقریباً این افزایش را خنثی می‌کند.
وقتی ماده تاریک به مرور سبک‌تر می‌شود
پژوهشگران دریافتند که این نیروی اضافی، در کنار افزایش جاذبه میان ذرات ماده تاریک، باعث می‌شود جرم مؤثر این ذرات هم‌زمان با تحول جهان کاهش پیدا کند. در نتیجه، چگالی زمینه‌ای ماده تاریک با سرعت بیشتری کاهش می‌یابد.
بنابراین اگر ذرات ماده تاریک با گذشت زمان سبک‌تر شوند، نتیجه‌ای که انتظار داشتیم کاملاً تغییر می‌کند: رشد ساختارهای کیهانی به جای سریع‌تر شدن، سرکوب می‌شود. واینر می‌گوید: «جهان اغلب از چیزی که شهود ما تصور می‌کند ظریف‌تر و پیچیده‌تر است. دقیقاً به همین دلیل است که باید به آزمایش کردن این ایده‌ها ادامه دهیم.»
ماده تاریک و انرژی تاریک چه ارتباطی با هم دارند؟
پژوهشگران همچنین دریافتند اگر بخواهیم این نیروی تاریک جدید با داده‌هایی که تاکنون از تابش زمینه کیهانی در اختیار داریم و همچنین با نرخ انبساط جهان سازگار باشد، احتمالاً باید مقدار بیشتری انرژی تاریک نیز در مدل در نظر گرفته شود.
انرژی تاریک نامی است که به مؤلفه ناشناخته‌ای داده شده که با انبساط شتاب‌دار جهان مرتبط است. در مقابل، ماده تاریک همان چیزی است که دانشمندان آن را نوعی داربست یا چارچوب گرانشی برای شکل‌گیری کهکشان‌ها و ساختارهای کیهانی می‌دانند.
اینکه این دو مؤلفه چگونه با یکدیگر تعادل برقرار می‌کنند و بر یکدیگر اثر می‌گذارند، یکی از پرسش‌های بنیادی اخترفیزیک مدرن است. پژوهشگران وجود نیروی تاریک را رد نمی‌کنند. حتی داده‌های آنها به احتمال وجود یک نیروی تاریک بسیار ضعیف اشاره دارند؛ اما مدل‌های فعلی برای اینکه بتوانند همه مشاهدات را هم‌زمان توضیح دهند، احتمالاً به بازنگری‌های اساسی نیاز خواهند داشت.
ما واقعاً درباره ماده تاریک چه می‌دانیم؟
واینر می‌گوید: «آنچه تاکنون واقعاً درباره ماده تاریک می‌دانیم، فقط از طریق اثرات گرانشی آن به دست آمده است.» این موضوع یک احتمال بسیار جالب را باز می‌گذارد: شاید ماده تاریک برهم‌کنش‌های دیگری هم داشته باشد که از ماده معمولی پنهان مانده‌اند.
یعنی ممکن است ماده تاریک فقط از طریق گرانش با جهان معمولی ارتباط نداشته باشد و نیروها یا برهم‌کنش‌های دیگری نیز در بخش تاریک جهان وجود داشته باشند که هنوز مستقیماً آنها را مشاهده نکرده‌ایم.
البته پژوهشگران اذعان دارند که مدل‌هایی که در این مطالعه استفاده کرده‌اند، به مقیاس‌های خطی محدود هستند و نمی‌توانند تمام برهم‌کنش‌های پیچیده‌ای را که در ساختارهای واقعی کیهانی مشاهده می‌کنیم، بازسازی کنند. به همین دلیل، دقیق‌تر و پیچیده‌تر کردن شبیه‌سازی‌ها می‌تواند یکی از مسیرهای مهم پژوهش‌های آینده باشد.
۹۵ درصد جهان هنوز برای ما ناشناخته است
در مجموع، دانشمندان معتقدند ماده تاریک و انرژی تاریک روی هم حدود ۹۵ درصد از کل جرم-انرژی جهان را تشکیل می‌دهند. به همین دلیل، هر کشف تازه‌ای درباره این دو مؤلفه مرموز می‌تواند پیامدهایی عمیق برای درک ما از کیهان داشته باشد.
نکته امیدوارکننده این است که تلسکوپ‌های نسل جدید و روش‌های پیشرفته تحلیل داده، دائماً اطلاعات بیشتر و دقیق‌تری از جهان در اختیار دانشمندان قرار می‌دهند. این داده‌های جدید به پژوهشگران اجازه می‌دهند نظریه‌های مربوط به ماده تاریک و نیروهای پنهان احتمالی را به‌مرور دقیق‌تر آزمایش و اصلاح کنند.
شاید در نهایت مشخص شود که ماده تاریک، برخلاف تصور فعلی ما، فقط یک ماده خاموش و نامرئی نیست؛ بلکه دنیای پنهان خودش را دارد، با ذرات، نیروها و برهم‌کنش‌هایی که هنوز حتی نمی‌دانیم چگونه باید آنها را جست‌وجو کنیم. جزئیات بیشتر این پژوهش در Journal of Cosmology and Astroparticle Physics منتشر شده است.
سایت علمی بیگ بنگ / منبع: sciencealert.com
لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=109914
