منشا گرانش ماده تاریک!!

ماده تاریک با ابزار کنونی دانشمندان نامرئی است. (اعتبار تصویر: sakkmesterke توسط Getty Images)

یک مدل جدید از جهان بسیار اولیه پیشنهاد می‌کند که گراویتون، حامل نیروی مکانیکی کوانتومی گرانش، قبل از اینکه ماده معمولی فرصتی برای شروع داشته باشد، کیهان را با ماده تاریک پر کرده است.

این پیشنهاد می‌تواند راهی برای اتصال دو تا از بزرگترین معماهای برجسته در کیهان‌شناسی مدرن باشد: ماهیت ماده تاریک و تاریخ تورم کیهانی.

بسیاری از کیهان‌شناسان فکر می‌کنند که زمانی که جهان به طور باورنکردنی جوان بود (یعنی کمتر از کسری از ثانیه عمر کرد)، دوره‌ای از انبساط فوق‌العاده سریع را تجربه کرد که به عنوان تورم شناخته می‌شود. این دوره تورمی برای تکامل آینده جهان حیاتی بود، زیرا آن انبساط باورنکردنی نوسانات کوانتومی میکروسکوپی فضا-زمان را به دانه‌هایی تبدیل کرد که روزی به ستاره‌ها، کهکشان‌ها و خوشه‌ها تبدیل خواهند شد.

رویداد تورم واقعی نسبتاً مرموز است. برای مثال، کیهان‌شناسان نمی‌دانند چه چیزی باعث تورم شد، چه چیزی به آن انرژی داد، چه مدت طول کشید یا چه زمانی خاموش شد.) اما این تصویر کلی تنها تصویری است که می‌تواند الگوهای موجود در پس‌زمینه مایکروویو کیهانی (نور پس‌تابش) را توضیح دهد (الگوی تشکیل شده زمانی که کیهان 380000 سال قدمت داشت و توزیع مواد در مقیاس بزرگ در جهان). آمار این الگوها با آنچه در نوسانات کوانتومی می‌بینیم مطابقت دارد که به کیهان‌شناسان اطمینان لازم را برای فرضیه وجود پیوند می‌دهد.

در پایان تورم، کیهان بسیار بزرگتر از قبل بود. اما همچنین بسیار خالی‌تر بود، زیرا تمام محتویاتی که قبلاً در کیهان وجود داشت، به تازگی از یکدیگر دور شده بودند. فقط یک چیز باقی مانده بود: هر چیزی که در وهله اول تورم را تقویت کرد اما در نهایت بخارش تمام شد. کیهان‌شناسان این نیروی محرکه را “انفلاتون” می‌نامند و فکر می‌کنند که این یک میدان کوانتومی بود که تمام فضا را خیس کرد.

وقتی تورم به پایان رسید، تورم فروپاشی کرد و جهان را با ذرات گوناگونی پر کرد که در حال حاضر می‌بینیم. از بسیاری جهات، تورم بیگ بنگ “واقعی” بود. اگر یک جهان خالی را تصور کنید که ناگهان سرشار از انفجار ذرات است، پس همین است.

ماده تاریک خاموش

هنگامی که تورم به پایان رسید، باعث ایجاد تمام ذرات شناخته شده شد. بنابراین، احتمالاً همان رویداد ماده تاریک را نیز ساخته است. کیهان‌شناسان مطمئن نیستند که ماده تاریک از چه چیزی ساخته شده است، اما شواهد فراوانی نشان می‌دهد که این نوعی ذره جدید و ناشناخته است. این ذره هر چه که باشد، بیش از 80 درصد از کل ماده جهان را تشکیل می‌دهد.

فیزیکدانان دهه‌ها را صرف جستجوی هرگونه نشانه‌ای از برهم کنش مستقیم بین ذرات ماده تاریک و ماده معمولی کرده‌اند، اما هیچ فایده‌ای نداشته است. اگر ماده تاریک واقعاً یک ذره است، پس واقعاً با ماده عادی همخوانی ندارد. این عدم تشخیص ماده تاریک برای داستان تورم کاملا آزاردهنده است، زیرا اگر ماده تاریک با ماده معمولی جور درنیاید، پس دلیل کمی وجود دارد که انفلاتون ماده تاریک را همراه با ماده عادی در جهان اولیه ایجاد کند.

اکنون، فیزیکدانها در موسسه فیزیک هلسینکی مکانیسم جدیدی را برای تولید مقدار زیادی ماده تاریک در جهان اولیه پیشنهاد کرده‌اند، حتی اگر انفلتون دوست نداشته باشد ماده تاریک تولید کند و این مکانیسم جدید صرفاً بر گرانش متکی است.

در این مکانیسم فیزیکدانان فرض می‌کند که انفلاتون و ماده تاریک با یکدیگر همخوانی ندارند، بنابراین ذره ماده تاریک در پایان تورم به روش عادی تولید نمی‌شود.

درعوض، محققان رفتار انفلاتون را درست قبل از نابودی بررسی کردند. در پایان تورم، درست قبل از اینکه تورم ناپدید شود و باغ وحش ذرات جهان ما را ایجاد کند، تورم مانند توپی که از یک تپه شیب‌دار به پایین غلتیده اما هنوز مستقر نشده است به دور کیهان می‌چرخد.

به عنوان مثال، در این مرحله کوتاه، گرانش ممکن است نقش مهمی ایفا کند و به تورم اجازه می‌دهد تا به ذره ماده تاریک متصل شود. در این مورد، گرانش شکل حامل نیروی مکانیکی کوانتومی فرضی خود، گراویتون را به خود می‌گیرد. معمولاً گراویتون در واکنشهای ذرات شرکت نمی‌کند، اما فیزیکدانان راهی برای ظاهر شدن آن در مرحله نزدیک به پایان تورم یافتند.

آنها کشف کردند که وقتی گراویتون در فعل و انفعالات ذرات در این دوره ظاهر می‌شود، می‌تواند کانالهایی را برای انفلاتون فراهم کند تا به ذرات ماده تاریک تجزیه شود. پس از آن این ذرات ماده تاریک قبلاً در کیهان وجود داشتند، قبل از اینکه بقیه ماده معمولی در نهایت از بین رفت.

این مکانیسم تنها زمانی کار می‌کند که فضا در حال انجام مثلا گسترش سریع در طول تورم باشد و بنابراین، هنگامی که تورم در نهایت توانایی جهان برای ایجاد را مختل کرد، ذرات ماده تاریک محو شدند.

فیزیکدانان مدل خود را تنظیم کردند تا مقدار مناسبی از ماده تاریک را ایجاد کنند که مشاهدات کیهان می‌خواهد. با این حال، هنوز این کار نظری است. مهمتر از همه، فیزیکدانان دقیقاً مطمئن نیستند که گرانش چگونه با ذرات برهمکنش می‌کند. این رژیم گرانش کوانتومی است، نظریه‌ای از گرانش قوی در مقیاسهای کوچک، که جام مقدس فعلی فیزیک مدرن است. بنابراین، برای کار خود، نویسندگان همکار مقاله باید فرضیات زیادی را در مورد نحوه عملکرد گرانش در این مقیاسها ایجاد می‌کردند.

با این حال، این ایده جالب است زیرا راهی را برای جهان اولیه فراهم می‌کند تا مقادیر قابل توجهی ماده تاریک تولید کند و ماده تاریک (در اصل) هرگز دیگر با ماده عادی صحبت نکند.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Is the origin of dark matter gravity itself?

By Paul Sutter 

https://www.space.com/dark-matter-origin-gravity-theory