کهکشان بزرگنمایی شده به طبیعت ماده تاریک اشاره می‌کند!!

کهکشان بزرگنمایی شده به طبیعت ماده تاریک اشاره می‌کند!!

ستاره‌شناسان برای آزمایش ماهیت ماده تاریک، تصویر یک کهکشان دوردست را با عدسی گرانشی تجزیه و تحلیل کردند.

هر یک از این عکس‌ها، چهار تصویر بزرگنمایی‌شده از یک اختروش پس‌زمینه را نشان می‌دهد که هسته یک کهکشان پرجرم پیش‌زمینه را احاطه کرده است. گرانش کهکشان پیش‌زمینه، اختروش را بزرگ‌نمایی می‌کند، اثری که عدسی گرانشی نامیده می‌شود. HS 0810+2554، سیستمی که برای آزمایش ماهیت ماده تاریک مورد مطالعه قرار گرفته است، به شکل میکی موس در بالا سمت راست واقع شده است.

ناسا / ESA / A. Nierenberg / T. Treu

یک تیم بین‌المللی از اخترفیزیکدانان مستقیم‌ترین شواهدی را ارائه کرده‌اند که نشان می‌دهد ماده تاریک از ذرات بسیار پرجرم تشکیل نشده است. این کار که براساس شبیه‌سازی‌های ابررایانه‌ای است، نشان می‌دهد که در عوض ماده تاریک از آکسیون‌ها تشکیل شده است – ذرات فرضی آنقدر سبک که مانند امواج در فضا حرکت می‌کنند. اگر درست باشد، نه تنها 85 درصد ماده در جهان از چه چیزی تشکیل شده است، بلکه می‌تواند به فیزیک جدیدی فراتر از مدل استاندارد منجر شود.

مطالعه ماده تاریک دشوار است زیرا نور را ساطع، جذب یا منعکس نمی‌کند. بنابراین در عوض، تیمی به رهبری دانشجوی فارغ التحصیل آلفرد امروت (دانشگاه هنگ کنگ) به دنبال تأثیر این ماده بر عدسی گرانشی بودند.

در این اثر، یک کهکشان و هاله ماده تاریک پرجرم آن، بافت فضا-زمان را در اطراف خود انحنا می‌دهد. نوری که از یک منبع دورتر می‌آید این انحنا را دنبال می‌کند و در اطراف کهکشان خم می‌شود انگار که از یک عدسی می‌گذرد.

وقتی عدسی پیش‌زمینه و منبع نور دور در یک راستا قرار دارند، اخترشناسان چندین تصویر از یک شی پس‌زمینه را مشاهده می‌کنند. موقعیت و روشنایی این تصاویر به توزیع ماده تاریک در عدسی بستگی دارد و کاوشگر قدرتمندی از این ماده مرموز را فراهم می‌کند.

در دو دهه گذشته، اخترفیزیکدانان برای بازتولید صحیح موقعیت و روشنایی این تصاویر متعدد تلاش کرده‌اند، زیرا آنها فرض کرده‌اند که ماده تاریک از ذرات پرجرم با تعامل ضعیف (WIMP) ساخته شده است. اگر WIMPS ماده تاریک است، با حرکت شما از مرکز، چگالی کهکشان‌ها باید به آرامی کاهش یابد. با این تفاوت که این چیزی نیست که اخترشناسان واقعاً از تصاویر عدسی استنباط می‌کنند.

تیم امروت به جای آن به یک کاندید ماده تاریک جایگزین روی آورد: اکسیون. این ذرات فوق سبک برای اولین بار در دهه 1970 برای حل مشکلی در فیزیک ذرات در مورد نیروی قوی ارائه شدند. تئوری کوانتومی می‌گوید آکسیون‌ها به‌جای ذرات، به‌ صورت امواج در فضا حرکت می‌کنند و به‌دلیل تداخل امواج با یکدیگر، منجر به نوسانات تصادفی چگالی می‌شوند. این نوسانات تصادفی باعث می‌شود که توزیع ماده تاریک در اطراف یک کهکشان ناهموار باشد. (شایان ذکر است که نه WIMP ها و نه اکسیون ها به طور مستقیم شناسایی نشده‌اند.)

پس از این فرض که ماده تاریک از آکسیونها ساخته شده است، امروت و همکارانش توانستند موقعیتها و روشناییهای مشاهده شده سیستم چهار عدسی HS 0810+2554 را بازسازی کنند: یک کهکشان بیضوی پیش زمینه که نور یک کهکشان پس زمینه را به چهار تصویر تقسیم می‌کند.

امروت می‌گوید: «ما به نقطه‌ای رسیده‌ایم که پارادایم موجود ماده تاریک نیاز به بازنگری دارد. خداحافظی با ذرات فوق‌العاده پرجرم که مدت‌هاست به عنوان نامزد مورد علاقه ماده تاریک معرفی شده‌اند، ممکن است به راحتی انجام نشود، اما شواهد به نفع ماده تاریک دارای خواص موج مانندی است که ذرات فوق سبک دارند.

با این حال، ادوارد هاردی (دانشگاه لیورپول، انگلستان)، که در این تحقیق شرکت نداشت، احتیاط در این امر را توصیه می‌کند. او می‌گوید: «این مقاله تنها اولین گام است و قبل از اینکه ماهیت ماده تاریک حل شود، به تحلیل‌های بیشتری نیاز است.» به گفته جورج اسموت، عضو تیم، تلسکوپ فضایی جیمز وب باید سیستم‌های گرانشی بیشتری را کشف کند و آزمایش دقیق‌تری از این ایده ارائه کند.

هاردی می‌گوید که اگر آن کار آینده نتیجه‌گیری‌های تحقیقات آمروث را ثابت کند، یک کشف تماشایی خواهد بود. او می‌گوید: «پیامدهای مهمی نه تنها برای اخترفیزیک، بلکه برای فیزیک ذرات بنیادی با انرژی بالا به طور کلی وجود خواهد داشت.»

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

DISTORTED GALAXY HINTS AT THE NATURE OF DARK MATTER

BY: COLIN STUART MAY 2, 2023

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/distorted-galaxy-hints-at-the-nature-of-dark-matter/