واکاوی ۱۰ سوال بی پاسخ درباره ماده تاریک

به گزارش باشگاه خبرنگاران جوان به نقل از livescience، در دهه ۱۹۳۰، یک ستاره شناس سوئیسی به نام فریتز زویکی متوجه شد که کهکشان‌ها در یک خوشه دور، بسیار سریع‌تر از مقدار جرم قابل مشاهده آنها در حال چرخش به دور یکدیگر هستند. او پیشنهاد کرد که یک ماده نامرئی، که او آن را ماده تاریک می‌نامید، ممکن است به صورت گرانشی روی این کهکشان‌ها باشد. از آن زمان، محققان تأیید کرده اند که این ماده اسرارآمیز را می‌توان در سراسر کیهان یافت و شش برابر بیشتر از ماده معمولی است که اجرام معمولی مانند ستارگان را تشکیل می‌دهد. در این گزارش به ۱۰ سوال بی پاسخ در مورد ماده تاریک پاسخ داده شده است.

ماده تاریک چیست؟

محققان در مورد اینکه ماده تاریک دقیقا چیست مطمئن نیستند. در ابتدا، برخی از دانشمندان حدس زدند که جرم گمشده در کیهان از ستارگان کم نور و سیاهچاله‌های کوچک تشکیل شده است. همچنین مشاهدات دقیق چنین اجرامی، به اندازه کافی برای توضیح تأثیر ماده تاریک کافی نبوده است. رقیب اصلی کنونی ماده تاریک، ذره‌ای فرضی به نام ذره پرجرم متقابل ضعیف یا WIMP است که به نوعی مانند یک نوترون رفتار می‌کند.

آیا می‌توانیم ماده تاریک را تشخیص دهیم؟

اگر ماده تاریک از WIMP‌ها ساخته شده باشد، آنها باید در اطراف ما، نامرئی و به سختی قابل تشخیص باشند. همیشه احتمال کمی وجود دارد که یک ذره ماده تاریک بتواند با یک ذره معمولی مانند پروتون یا الکترون در هنگام حرکت در فضا برخورد کند. بنابراین، محققان آزمایش‌هایی انجام داده‌اند تا تعداد زیادی از ذرات معمولی را در اعماق زمین مطالعه کنند؛ جایی که از تشعشعات مزاحم محافظت می‌کند و می‌تواند برخورد ذرات ماده تاریک را تقلید کند.

آیا ماده تاریک از بیش از یک ذره تشکیل شده است؟

آندری کاتز، فیزیکدان دانشگاه هاروارد گفت: "دلیل خوبی برای فرض اینکه تمام ماده تاریک در جهان از یک نوع ذره ساخته شده است، وجود ندارد. پروتون‌های تاریک می‌توانند با الکترون‌های تاریک ترکیب شوند و اتم‌های تاریک را تشکیل دهند؛ بنابراین پیکربندی‌هایی به همان اندازه که در جهان مرئی یافت می‌شود متنوع و جالب ایجاد می‌کند."

آیا نیرو‌های تاریک وجود دارند؟

این احتمال وجود دارد که ماده تاریک نیرو‌هایی مشابه با آنچه توسط ماده معمولی احساس می‌شود، تجربه کند. برخی از محققان به دنبال فوتون‌های تاریک بوده اند، که مانند فوتون‌های مبادله شده بین ذرات معمولی هستند که نیروی الکترومغناطیسی را ایجاد می‌کنند، با این تفاوت که آنها فقط توسط ذرات ماده تاریک احساس می‌شوند. فیزیکدانان ایتالیایی در حال آماده شدن هستند تا باریکه‌ای از الکترون‌ها و پادذرات آنها را که به نام پوزیترون شناخته می‌شوند، به الماس خرد کنند. اگر فوتون‌های تاریک وجود داشته باشند، جفت‌های الکترون-پوزیترون می‌توانند یکی از ذرات عجیب و غریب حامل نیرو را از بین ببرند و به طور بالقوه بخش جدیدی از جهان را باز کنند.

آیا ماده تاریک می‌تواند از آکسیون‌ها ساخته شود؟

یکی از جایگزین‌های پیشرو، ذره‌ای فرضی است که به عنوان آکسیون شناخته می‌شود و بسیار سبک است. شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای اخیر این احتمال را افزایش داده‌است که این آکسیون‌ها می‌توانند اجرام ستاره‌مانندی را ایجاد کنند و ممکن است تشعشعات قابل تشخیصی را تولید کنند که کاملاً شبیه به پدیده‌های مرموز معروف به انفجار‌های سریع رادیویی است.

خواص ماده تاریک چیست؟

ستاره شناسان ماده تاریک را از طریق کنش‌های گرانشی آن با ماده معمولی کشف کردند که نشان می‌دهد، این روش اصلی برای نشان دادن حضور این ماده در جهان است. طبق برخی نظریه ها، ذرات ماده تاریک باید ضد ذرات خودشان باشند، به این معنی که دو ذره ماده تاریک با یکدیگر از بین می‌روند. آزمایش طیف‌سنج مغناطیسی آلفا (AMS) در ایستگاه فضایی بین‌المللی از سال ۲۰۱۱ به دنبال نشانه‌های آشکار این نابودی بوده و تاکنون صد‌ها هزار رویداد را شناسایی کرده است.

آیا ماده تاریک در هر کهکشانی وجود دارد؟

از آنجایی که ماده تاریک بسیار بیشتر از ماده معمولی است، اغلب گفته می‌شود که ماده تاریک نیروی کنترل کننده‌ای است که ساختار‌های بزرگی مانند کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی را سازماندهی می‌کند. بنابراین، زمانی که در اوایل سال جاری، اخترشناسان اعلام کردند کهکشانی به نام NGC ۱۰۵۲-DF۲ را پیدا کرده اند که به نظر می‌رسد حاوی ماده تاریک باشد، عجیب بود.

آیا ماده تاریک می‌تواند بار الکتریکی داشته باشد؟

یک سیگنال برخی از فیزیک دانان را به این موضوع سوق داده است که ماده تاریک ممکن است دارای بار الکتریکی باشد. تشعشعات با طول موج ۲۱ سانتی متر توسط ستارگان در دوران اولیه جهان، تنها ۱۸۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ منتشر شد. سپس توسط هیدروژن سردی که در همان زمان در اطراف بود، جذب شد. جولیان مونوز اخترفیزیکدان از دانشگاه هاروارد این فرضیه را مطرح کرد که ماده تاریک با یک بار الکتریکی می‌تواند گرما را از هیدروژن فراگیر دور کند.

آیا ذرات معمولی می‌تواند به ماده تاریک تجزیه شود؟

نوترون‌ها ذرات ماده منظم با طول عمر محدود هستند. پس از حدود ۱۴.۵ دقیقه، یک نوترون به یک پروتون، یک الکترون و یک نوترینو تجزیه می‌شود. تنظیم آزمایشی مختلف، طول عمر کمی متفاوت برای این فروپاشی دارند. در اوایل سال جاری، فیزیک دانان پیشنهاد کردند که اگر یک درصد، برخی از نوترون‌ها به ذرات ماده تاریک تجزیه شوند، می‌تواند دلیل این ناهنجاری باشد.

آیا ماده تاریک واقعا وجود دارد؟

برای سال‌های متمادی، اقلیتی از فیزیک دانان این ایده را مطرح کرده‌اند که شاید نظریه‌های گرانش نادرست باشند، و معتقد بودند نیروی بنیادی در مقیاس‌های بزرگ متفاوت از آنچه ما انتظار داریم کار می‌کند. این پیشنهادات که اغلب با عنوان «دینامیک نیوتنی اصلاح‌شده» یا مدل‌های MOND شناخته می‌شود، بیان می‌کند که ماده تاریک وجود ندارد و سرعت‌های فوق‌العاده‌ای که ستاره‌ها و کهکشان‌ها به دور یکدیگر می‌چرخند، نتیجه رفتار‌های شگفت‌انگیز گرانش است.

بیشتربخوانید

• سفینه دارت ناسا چه ماموریتی دارد؟

انتهای پیام/