آیا مشتری کلید یافتن ماده تاریک است؟

اندازه بزرگ و هسته خنک مشتری، آن را به یک هدف عالی در جستجوی ماده تاریک تبدیل کرده است. گروهی از دانشمندان در حال تجزیه و تحلیل داده‌های پرتوی گامای تلسکوپ فرمی هستند که به دنبال نشانه‌هایی از ماده تاریک دست نیافتنی است.

فضاپیمای جونو این تصویر از مشتری را در سی و یکمین پرواز نزدیک خود از سیاره غول‌پیکر در تاریخ 30 دسامبر سال 2020 ثبت کرده است. طوفان معروف به لکه سرخ بزرگ در افق قابل مشاهده است، زیرا جونو از مشتری 30مایل (48 کیلومتر) در ثانیه فاصله گرفت. دانشمند شهروندی تانیا اولکسویک با استفاده از داده‌های دوربین JunoCam این تصویر را تهیه کرده است.  تصویر از ناسا.

 به گالری تصاویر Juno مراجعه کنید:

https://www.nasa.gov/mission_pages/juno/images/index.html

دو اخترفیزیکدان در 5 آوریل 2021 گفتند که مشتری ممکن است به عنوان یک ردیاب ایده‌آل در شکار ماده تاریک، ماده دست نیافتنی و مرموزی عمل کند که فکر می‌کند بخش قابل توجهی از جهان ما را تشکیل می‌دهد. ربکا لیان از دانشگاه استنفورد و تیم لیندن از دانشگاه استکهلم نسخه پیش نویس مقاله جدیدی را در مورد arXiv منتشر کردند که نحوه کارکرد آن را توصیف می‌کند. این دانشمندان به دو دلیل ذکر می‌کنند که بزرگترین سیاره منظومه شمسی ممکن است یک مکان سودمند برای جستجوی ماده تاریک باشد: اندازه و درجه حرارت آن. لین توضیح داد:

از آنجا که مشتری در مقایسه با سایر سیارات منظومه شمسی مساحت زیادی دارد ، می‌تواند ماده تاریک بیشتری را نمایان سازد … شما ممکن است تعجب کنید که چرا نباید از خورشید بزرگتر (و بسیار نزدیک) استفاده کنید. خب، دومین مزیت آن این است که چون مشتری هسته خنکتری نسبت به خورشید دارد … تا حدی می‌تواند از خروج ماده تاریک سبکتر به خارج از مشتری جلوگیری کند که در اثر تابش خورشید تبخیر می‌شود.

لین و لیندن داده‌های 12 ساله تلسکوپ فرمی – رصدخانه فضایی را که جهان را در پرتوهای گاما با انرژی زیاد می‌بیند – در آنچه که آنها نامیدند تجزیه و تحلیل کردند:

آنالیز اولین تجزیه و تحلیل اشعه گامای اختصاصی مشتری.

آنها شواهدی محکم از انتشار پرتوهای گاما از مشتری پیدا نکردند که بتواند ماده تاریک را پیشنهاد کند، اما آنها گفتند مشتری می‌تواند هدف جستجوهای بعدی اشعه گاما باشد.

ماده تاریک ماده‌ای دست نیافتنی است – که از طریق تأثیر گرانش آن بر روی اجسام موجود در فضا قابل تشخیص است – تاریک نامیده می شود زیرا هیچ کس در واقع آن را ندیده است. هیچ کس نمی‌داند ماده تاریک چیست. طبق یک مدل کیهان شناسی مشهور به نام Lambda Cold Dark Matter Model (معروف به مدل Lambda-CDM یا گاهی اوقات فقط مدل استاندارد)، اتم‌های معمولی – اجزای سازنده بدن خودمان و همه آنچه که در اطراف خود می‌بینیم – فقط حدود 5٪ جهان را تشکیل می‌دهند. فکرش را بکنید! طبق این نظریه مشهور فقط 5٪ ، بقیه جهان از انرژی تاریک (68٪) و ماده تاریک (27٪) تشکیل شده است.

بنابراین ماده تاریک بسیار مرموز است. این احتمال وجود دارد که این یک ذره زیراتمی ناشناخته باشد که به روشهای متفاوتی از آنچه دانشمندان بدان عادت کرده‌اند، تعامل داشته باشد.

مشتری چگونه می‌تواند منبع ماده تاریک باشد؟ ربکا لین و تیم لیندن اظهار داشتند که ماده تاریک باید در چاههای جاذبه اجسام بزرگ مانند خورشید و بزرگترین سیارات آن کشیده شود. این دانشمندان گفتند که در نهایت، ماده تاریک کافی در یک ستاره یا سیاره جمع می‌شود که ذرات ماده تاریک به یکدیگر برخورد می‌کنند و باعث از بین رفتن ذرات ماده تاریک می‌شوند. اشعه گاما نشانه‌ای از نابودی است و گرچه ما نمی‌توانیم ماده تاریک را ببینیم، اما به لطف رصدخانه‌هایی مانند تلسکوپ فرمی، می‌توانیم پرتوهای گاما را ببینیم.

تلسکوپ فرمی که در سال 2008 به فضا پرتاب شد، به دنبال تابش گاما ، از اینجا در منظومه شمسی گرفته تا دورترین نقاط فضا در سراسر جهان است. فرمی سیاهچاله‌ها، ابرنواخترها و  مشتری را مورد بررسی قرار می‌دهد، طی 12 سال اطلاعاتی را جمع‌آوری کرده است که دانشمندان برای اثبات اشعه گاما که ممکن است نشانه نابودی ماده تاریک باشد، استخراج کرده‌اند.

ربکا لین از دانشگاه استنفورد خود را “فیزیکدان ذرات نجومی” می‌نامد. تحقیقات اصلی وی افشای ماهیت ماده تاریک است. تصویر از ربکا لین.

تیم لیندن از دانشگاه استکهلم بر جستجوی سیگنالهای غیرمستقیم از نابودی ماده تاریک در جهان تمرکز دارد. تصویر از تیم لیندن.

در حالی که لین و لیندن هنوز ماده تاریکی از مشتری پیدا نکرده‌اند، آنها پرتوهای گاما را در سطح انرژی پایین غول گازی پیدا کرده‌اند. آنها گفتند که امیدوارند مشتری را با تلسکوپهای جدیدتر و قدرتمندتری مطالعه کنند.

لین فکر می‌کند که روش آنها برای جستجوی ماده تاریک می‌تواند در سیاره‌های فراخورشیدی و کوتوله‌های قهوه‌ای نیز استفاده شود. مطالعات آینده این اشیا را که نزدیکتر به مرکز کهکشان هستند، هدف قرار می‌دهد (جایی که دانشمندان معتقدند ماده تاریک بیشتری در آن قرار دارد). دانشمندان فکر می‌کنند این اجرام در مادون قرمز نسبت به سیارات و ستارگان دورتر داغتر به نظر می‌رسند: به دلیل نابودی مکرر ماده تاریک در هسته آنها. آنها امیدوارند که تلسکوپ فضایی جیمز وب که قرار است اواخر سال جاری به فضا پرتاب شود، بتواند برای تأیید نظریه آنها مدارکی ارائه دهد.

بنابراین، علیرغم ماهیت کم نور ماده تاریک، اکنون امکان کشف در آینده نزدیک وجود دارد.

سمت چپ بالا تعداد اشعه گاما را در یک منطقه 45 درجه ای در اطراف مشتری نشان می‌دهد. سمت راست بالا همان قسمت آسمان را نشان می‌دهد که مشتری در آنجا نباشد (پس زمینه). سمت چپ پایین تعداد پرتوهای گاما را نشان می دهد که در پس‌زمینه کم می‌شود. سمت راست پایین اندازه و موقعیت مشتری را از تلسکوپ فرمی نشان می‌دهد. اگر میزان اشعه گاما بیش از حد بود، نقشه پایین سمت چپ باید در موقعیت مشتری روشن می‌شد و نیاز به مشاهده بیشتر با تلسکوپهای دارد. تصویر از  Rebecca Leane و Tim Linden / arXiv.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Is Jupiter a key to finding dark matter?

Posted by Kelly Kizer Whitt in SPACE | April 16, 2021

https://earthsky.org/space/jupiter-dark-matter-detection-gamma-rays-fermi