ماده تاریک را می‌توان توسط تعاملات آن تشخیص داد!!

یک فرضیه برای ماهیت ماده تاریک این است که برخی از آنها می‌توانند با خودشان تعامل داشته باشند، به این معنی که تک تک ذرات اندکی با یکدیگر تعامل دارند.

تصور هنری از ماده تاریک در سراسر جهان پراکنده شده است. (اعتبار تصویر: Getty images)

با وجود انبوهی از شواهد غیرمستقیم برای وجود ماده تاریک – شکل مرموز ماده که بر کهکشانها و خوشه‌ها تسلط دارد – ستاره‌شناسان هنوز مشاهدات مستقیمی از آن انجام نداده‌اند.

اما جستجو تمام نشده است. یک فرضیه برای ماهیت ماده تاریک این است که برخی از آن می‌توانند با خود تعامل داشته باشند، به این معنی که تک تک ذرات اندکی با یکدیگر تعامل دارند. اگر این درست باشد، انبوهی از سرنخهای رصدی ظریف برای وجود این زیر طبقه از ماده تاریک وجود دارد.

عدسی گرانشی قوی

وقتی ستاره شناسان به یک خوشه کهکشانی دور نگاه می کنند، می‌توانند مقداری نور از کهکشان‌های حتی دورتر را نیز ببینند که از میان خوشه عبور می‌کنند. جرم خوشه کهکشانی (معمولاً 10^14 یا 10^15 برابر جرم خورشید) به قدری بزرگ است که بافت فضای اطراف خود را خم و منحرف می‌کند. این تصاویر کهکشان‌های پس‌زمینه را تحریف می‌کند و آنها را از ساختارهای آشنا و بیضی شکل به مارهای دراز و تند و تیز و دیگر اشکال سرگرم‌کننده تبدیل می‌کند.

ستاره‌شناسان می‌توانند آن تصاویر تحریف شده را بازسازی کنند و از آن بازسازی برای تعیین مقدار جرم در یک خوشه و محل تجمع آن استفاده کنند. به طور معمول، ماده تاریک خود کنش متقابل متفاوتی نسبت به ماده تاریک معمولی و غیر متقابل دارد. ماده تاریک غیر متقابل همچنان در هسته‌های خوشه‌های کهکشانی تا چگالی‌های فوق‌العاده بالایی انباشته می‌شود، زیرا هیچ چیز دیگری برای جلوگیری از آن وجود ندارد. اما هنگامی که ماده تاریک با خود تعامل می‌کند، این روند ساخت هسته را کند می‌کند و همه چیز را در قسمت‌های داخلی یک خوشه صاف می‌کند.

مشاهدات دقیق (مانند مشاهداتی که اخیراً توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب ارائه شده است) از توزیع جرم در داخل خوشه‌های کهکشانی ممکن است سرنخی از وجود ماده تاریک ارائه دهد.

عدسی گرانشی ضعیف

همانطور که نور بسیاری از کهکشان‌های دور راه خود را در کیهان طی می‌کند، گرانش انباشته شده همه کهکشانها و اجرام دیگری که نور در سفر خود از نزدیک آنها عبور می‌کند، آن را به روش‌های کوچکی تغییر می‌دهد. برای مثال، کهکشان‌ها در یک جهت خاص ممکن است کمی گردتر یا چاق‌تر از کهکشان‌ها در جهت‌های دیگر به نظر برسند.

خوشه کهکشانی SMACS J0723.3-7327 یکی از مجموعه‌ای از خوشه‌های کهکشانی است که تلسکوپ فضایی جیمز وب برای بررسی‌های مختلف با عدسی گرانشی تصویربرداری می‌کند. (اعتبار تصویر: ناسا)

در دهه 1970، مشاهدات ستاره‌شناس ورا روبین از حرکت ستارگان در داخل کهکشان‌ها اولین شواهد بزرگ برای وجود ماده تاریک را ارائه کرد. به طور خلاصه، کهکشانها خیلی سریع در حال چرخش هستند. اگر کل جرم یک کهکشان را بر اساس آنچه می‌بینیم جمع کنیم، گرانش کافی برای نگه داشتن ستاره‌هایی با این نوع مدارهای سریع وجود ندارد. بنابراین، باید جرم بیشتری وجود داشته باشد که ما نتوانیم آن را ببینیم: ماده تاریک.

باز هم، از آنجایی که ماده تاریک خود برهم کنش به گونه‌ای متفاوت از ماده غیربرهم‌کنش جمع می‌شود، این امر می‌تواند منحنی‌های چرخش (نقشه‌های سرعت ستارگان در مدارهای مختلف) کهکشان‌ها را تغییر دهد.

تاب برداشتن کهکشان ها

در طول عمر بیلیونها سال خود، مواد به طور مداوم بر روی هر کهکشانی از محیط اطرافش می‌بارد. به عبارت دیگر، هر کهکشانی در اقیانوسی از مواد شنا می‌کند. این ماده می‌تواند هم شامل ماده معمولی و هم ماده تاریک باشد. هنگامی که ماده تاریک با خود تعامل می‌کند، این امر باعث می‌شود که بخش ماده تاریک یک کهکشان کمی به پشت ماده معمولی کشیده شود (زیرا ماده عادی می‌تواند بدون مشکل در تمام مواد اطراف شنا کند).

این امر می‌تواند باعث شود که کهکشان‌ها دو هسته با فاصله کمی داشته باشند: یکی از ماده منظم و دیگری از ماده تاریک. این جبران باعث ایجاد اختلالات جزر و مدی در سراسر کهکشان می‌شود و به طور بالقوه حتی باعث انحراف دیسک کهکشان می‌شود. مشاهدات دقیق آینده کهکشان‌ها ممکن است پیچ و تاب را در دیسک نشان دهد که فقط ماده تاریک خود تعامل می‌تواند توضیح دهد.

ادغام‌ها

وقتی خوشه‌های غول‌پیکر کهکشانها با هم ادغام می‌شوند، ستاره‌شناسان می‌توانند به بقایای آنها نگاه کنند تا بفهمند چه چیزی در داخل آنهاست. به عنوان مثال، خوشه گلوله معروف نشان می‌دهد که وقتی دو خوشه با هم ادغام شدند چه اتفاقی افتاد: ستارگان و ماده تاریک (که از طریق عدسی گرانشی اندازه‌گیری می‌شوند) دست نخورده از یکدیگر عبور کردند، در حالی که تمام گازهای خوشه‌ها در مرکز به یکدیگر برخورد کردند.

این واقعیت که ماده تاریک در حومه منظومه است به ما می‌گوید که ماده تاریک اغلب با خودش برهمکنش نمی‌کند. در غیر این صورت، در مرکز در کنار گاز در هم می‌پیچید. خوشه گلوله و خوشه‌های دیگر مانند آن به اخترشناسان این امکان را می‌دهد که محدودیتهایی را در مورد این امر تعیین کند که ماده تاریک با شدت می‌تواند با خود تعامل داشته باشد. مشاهدات بیشتر منجر به محدودیت‌های دقیق‌تر و احتمالاً حتی شواهد مثبتی از ماده تاریک خود کنش متقابل خواهد شد، در صورتی که تناسب بهتری برای مشاهدات فراهم کند.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Dark matter could finally reveal itself through self-interactions

By Paul Sutter

https://www.space.com/dark-matter-theory-self-interacting