ابرهای بوزون شبحمانند میتوانند راز ماده تاریک را حل کنند
شکار امواج گرانشی، امواج در فضا و زمان ناشی از فاجعههای بزرگ کیهانی، میتواند به حل یکی از رازهای بزرگ دیگر کیهان کمک کند – ابرهای بوزون و اینکه آیا آنها مدعی اصلی ماده تاریک هستند یا خیر.
محققان از ابزارهای قدرتمندی مانند رصدخانه امواج گرانشی تداخل سنج لیزری پیشرفته (LIGO)، Virgo پیشرفته و KAGRA استفاده می کنند که امواج گرانشی را تا بیلیونها سال نوری ما تشخیص میدهند تا ابرهای بوزونی بالقوه را پیدا کنند.
ابرهای بوزونی که از ذرات زیراتمی فوق سبک تشکیل شدهاند که تشخیص آنها تقریبا غیرممکن است، به عنوان منبع احتمالی ماده تاریک – که حدود 85 درصد از کل ماده در کیهان را تشکیل میدهد – پیشنهاد شده است.
اکنون یک مطالعه بینالمللی بزرگ جدید که با همکاری LIGO-Virgo-KAGRA و به سرپرستی محققان دانشگاه ملی استرالیا (ANU) انجام شده است، یکی از بهترین راهها را برای شکار این ذرات زیراتمی با جستجوی امواج گرانشی ناشی از آن ارائه میکند. توسط ابرهای بوزونی که به دور سیاهچالهها میچرخند.
دکتر لیلی سان، از مرکز اخترفیزیک گرانشی ANU، گفت: این مطالعه اولین بررسی سراسری آسمان در جهان است که برای جستجوی امواج گرانشی پیشبینیشده از ابرهای بوزونی احتمالی نزدیک سیاهچالههایی که به سرعت در حال چرخش هستند، طراحی شده است.
دکتر لیلی سان در جستجوی ابرهای بوزونی یکی از رقبای اصلی ماده تاریک است. اعتبار: Tracey Nearmy/ANU
دکتر سان گفت: “تشخیص این ذرات بوزون فوق سبک روی زمین تقریبا غیرممکن است.”
ذرات، اگر وجود داشته باشند، جرم بسیار کوچکی دارند و به ندرت با مواد دیگر برهمکنش میکنند – که یکی از ویژگیهای کلیدی به نظر میرسد که ماده تاریک دارد. ماده تاریک ماده ای است که نمیتوان مستقیماً آن را دید، اما میدانیم که ماده تاریک وجود دارد (به دلیل تأثیری که بر اجسامی که میتوانیم مشاهده میکنیم).
اما با جستجوی امواج گرانشی ساطع شده از این ابرها، ممکن است بتوانیم این ذرات بوزون گریزان را ردیابی کنیم و احتمالا کد ماده تاریک را بشکنیم. جستوجویهای ما همچنین میتواند به ما اجازه دهد برخی از ذرات بوزون فوقسبک را که نظریههای ما میگویند میتوانند وجود داشته باشند، اما در واقع وجود ندارند را رد کنیم.
دکتر سان، همچنین محقق در مرکز عالی ARC برای کشف امواج گرانشی (OzGrav)، گفت که آشکارسازهای امواج گرانشی به محققان اجازه میدهند تا انرژی سیاهچالههایی که به سرعت در حال چرخش هستند را بررسی کنند که توسط چنین ابرهایی استخراج میشوند.
ما معتقدیم که این سیاهچالهها تعداد زیادی ذرات بوزون را در میدان گرانشی قدرتمند خود به دام میاندازند و ابری را ایجاد میکنند که با آنها میپیچد. این رقص ظریف برای میلیونها سال ادامه دارد و به تولید امواج گرانشی که در فضا میچرخد، ادامه میدهد.»
در حالی که محققان هنوز امواج گرانشی ابرهای بوزونی را شناسایی نکرده اند، دکتر سان گفت که علم امواج گرانشی “درهایی را که قبلا به روی دانشمندان قفل شده بود، باز کرده است.”
او گفت: «اکتشافات امواج گرانشی نه تنها اطلاعاتی درباره اجرام فشرده مرموز در کیهان، مانند سیاهچالهها و ستارههای نوترونی ارائه میدهند، بلکه به ما اجازه میدهند به دنبال ذرات جدید و ماده تاریک بگردیم.
آشکارسازهای امواج گرانشی آینده مطمئناً امکانات بیشتری را باز خواهند کرد. ما قادر خواهیم بود به اعماق کیهان برسیم و بینشهای بیشتری در مورد این ذرات کشف کنیم.
به عنوان مثال، کشف ابرهای بوزونی با استفاده از آشکارسازهای امواج گرانشی، بینشهای مهمی در مورد ماده تاریک به ارمغان میآورد و به پیشبرد جستجوهای دیگر برای ماده تاریک کمک میکند. همچنین درک ما از فیزیک ذرات را به طور گستردهتری ارتقا میدهد.»
در یک پیشرفت مهم دیگر، این مطالعه همچنین با در نظر گرفتن سن آنها، احتمال وجود ابرهای بوزونی در کهکشان خودمان را روشن کرد.
دکتر سان گفت که قدرت هر موج گرانشی به سن ابر بستگی دارد و موج های مسنتر سیگنالهای ضعیفتری ارسال میکنند.
دکتر سان گفت: “ابر بوزونی با از دست دادن انرژی با ارسال امواج گرانشی منقبض میشود.”
ما متوجه شدیم که نوع خاصی از ابر بوزونی جوانتر از 1000 سال احتمالاً در هیچ کجای کهکشان ما وجود ندارد، در حالی که ابرهایی با قدمت 10 میلیون سال به احتمال زیاد در فاصله 3260 سال نوری زمین وجود ندارند.»
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
Ghostly Boson Clouds Could Solve the Mystery of Dark Matter
By AUSTRALIAN NATIONAL UNIVERSITY DECEMBER 4, 2021
https://scitechdaily.com/ghostly-boson-clouds-could-solve-the-mystery-of-dark-matter/