شبیهسازیهای جدید نشان میدهند که ماده تاریک، ماده نامرئی که اکثریت عظیم جرم کیهان را تشکیل میدهد، میتواند در اتمها جمع شود. این «اتمهای تاریک» میتوانند تکامل کهکشانها و شکلگیری ستارگان را بهطور اساسی تغییر دهند و به ستارهشناسان فرصت جدیدی برای درک این ماده اسرارآمیز بدهند.
ماده تاریک بیش از 80 درصد از جرم هر کهکشان و خوشه کهکشانی در جهان را تشکیل می دهد. همه مشاهدات ما نشان می دهد که ماده تاریک نوعی ذره جدید است که با ماده معمولی یا حتی با نور برهمکنش ندارد. ما فقط می توانیم ماده تاریک را از طریق تعامل گرانشی آن با هر چیز دیگری شناسایی کنیم. ماده تاریک هر چه باشد، فراتر از درک مدرن ما از فیزیک است. اما همچنان جرم و در نتیجه گرانش دارد.
ما هنوز نمی دانیم که ماده تاریک ساده است یا پیچیده. این می تواند تنها از یک نوع ذره تشکیل شده باشد که بر جهان مسلط است و حتی با خودش نیز به سختی برهم کنش دارد. یا می تواند از چندین نوع ذره تشکیل شده باشد، با همان تنوع غنی که در ماده معمولی می بینیم. علاوه بر این، ما فقط چهار نیروی اساسی طبیعت را می شناسیم: گرانش، الکترومغناطیس، برهم کنش هسته ای قوی و برهمکنش هسته ای ضعیف. اما ممکن است نیروهای اضافی وجود داشته باشد که فقط در بین ذرات ماده تاریک عمل می کند و به هیچ وجه بر ماده عادی تأثیر نمی گذارد.
مفهوم ذرات ماده تاریک اضافی و نیروهای تاریک آنقدرها هم که به نظر می رسد دور از ذهن نیست. درک ما از فیزیک مبتنی بر تقارن است، که روابط عمیق ریاضی بین ذرات است. ممکن است تقارن های اضافی در قوانین طبیعت وجود داشته باشد که ماده تاریک را همتای ماده معمولی می کند و برای هر نوع فعل و انفعالی که ماده عادی می تواند در آن شرکت کند، مشابهی در بخش تاریک وجود دارد.
به عنوان مثال، از ماده معمولی میتوانیم اتمهای ساده بسازیم: یک پروتون و یک الکترون که به یکدیگر متصل هستند، با یک فوتون، حامل نیروی الکترومغناطیسی، که واسطه برهمکنش است. ما همچنین میتوانیم نسخهای از همان ساختار ماده تاریک داشته باشیم، با یک پروتون تاریک که توسط فوتونهای تاریک به الکترونهای تاریک متصل است: اتمهای تاریک.
رفتار ماده تاریک اتمی بسیار متفاوت از ماده تاریکی است که فقط از یک ذره تشکیل شده است. مهمتر از همه، جمع شدن ماده تاریک ساده در کنار هم بسیار دشوار است و این کار را به آرامی طی صدها میلیون سال انجام می دهد. ماده معمولی در این توده های صاف ماده تاریک جمع می شود تا کهکشان ها را تشکیل دهند، اما در غیر این صورت آنها زندگی جداگانه ای دارند. با این حال، ماده تاریک اتمی میتواند کهکشانهای سایهای خود را تشکیل دهد - ساختارهای دیسک مانندی که اندازه و مکان کهکشانهای مرئی را تقلید میکنند.
تیمی از اخترفیزیکدانان از این امکان جالب برای مدلسازی تکامل کهکشانها و مشاهده اینکه چه تفاوتهای مشاهدهشده ممکن است رخ دهد، استفاده کردند. آنها اجازه دادند ماده تاریک اتمی مطابق با نیروهای خود تکامل یابد و سپس بررسی کردند که چگونه این ساختارهای جدید از طریق سازمان جدید گرانش بر کهکشان های مرئی تأثیر می گذارد. آنها نتایج خود را در یک پایگاه داده پیش چاپ آنلاین در ماه آوریل منتشر کردند مانند: arXiv.
محققان دریافتند که حتی مقدار کمی از ماده تاریک اتمی - فقط 6٪ از کل ماده تاریک در جهان، بدون احتساب بقیه - برای تغییر اساسی تکامل کهکشان ها کافی است. از آنجایی که ماده تاریک اتمی قادر به برهمکنش است، می تواند به راحتی متراکم شود و از طریق گسیل نوعی تشعشع تاریک انرژی خود را از دست بدهد. شبیهسازیها نشان داد که یک "دیسک تاریک" به سرعت در داخل هر کهکشان ظاهر میشود که چرخش آن با چرخش اجزای مرئی و عادی مطابقت دارد.
از آنجا، ماده تاریک اتمی به متراکم شدن ادامه داد، درست همانطور که گاز معمولی به ابرها و در نهایت ستاره ها متراکم می شود. در این شبیهسازی، ماده تاریک اتمی ستارههای تاریک خود را تشکیل داد و حتی میتوانست سیاهچالههای خود را ایجاد کند. سپس این توده ها در هسته کهکشانی فرو رفتند، جایی که چگالی افزایش یافت.
به دلیل این جاذبه اضافی، تشکیل ستاره در هسته کهکشان ها شتاب می گیرد و ستاره ها بسیار سریعتر از کهکشان هایی با ماده تاریک ساده شکل می گیرند. این شبیهسازیها در واقع برخی از مدلهای ماده تاریک اتمی را رد کردند، زیرا این مدلها باعث میشد که کهکشانهای آنها مواد ستارهزایی جدید را خیلی سریع تمام کنند.
اما برخی از مدلها از محدودیتهای کنونی مشاهدات جان سالم به در بردهاند و امکان بیشتر وجود ماده تاریک اتمی را فراهم میکنند. محققان امیدوارند که مطالعات تئوری و تجربی بیشتر، معقول بودن این شکل جذاب از ماده عجیب و غریب را روشن کند. به عنوان مثال، از آنجایی که ماده تاریک اتمی بسیار کارآمد متراکم می شود، ممکن است بتوانیم توده های متراکم ستاره مانند را با مطالعات میکرولنزینگ گرانشی آینده با استفاده از تلسکوپ فضایی نانسی گریس ناسا در رم شناسایی کنیم.
همچنین بخوانید:
پاسخ دهید