11 سوال بزرگ و بی‌پاسخ در خصوص ماده تاریک
علم و فناوری

11 سوال بزرگ و بی‌پاسخ در خصوص ماده تاریک 

‌در دهه 1930، یک ستاره شناس سوئیسی به نام «فریتز زویکی» متوجه شد کهکشان‌ها در یک خوشه دوردست خیلی سریع‌تر از آنچه که باید با توجه به مقدار جرم قابل مشاهده، در حال چرخش یکدیگر بودند. او پیشنهاد کرد که یک ماده پنهان، که او آن را ماده تاریک می‌نامید، روی این کهکشان‌ها اثر گرانشی می‌گذارد.

از آن زمان، محققان تأیید كردند كه این ماده مرموز را می‌توان در كیهان یافت و اینكه شش برابر بیشتر از مواد عادی است كه چیزهای عادی مانند ستاره‌ها و مردم را به وجود می‌آورند. با وجود این که ماده‌ تاریک در سراسر جهان مشاهده می‌شود، دانشمندان هنوز در برابر پاسخ به سوالاتی در خصوص آن سرشان را زیر میندازند. در اینجا 11 تا از بزرگ‌ترین سوالات بی پاسخ در مورد ماده‌ تاریک آورده شده است.



ماده‌ تاریک چیست؟

در ابتدا باید بگویم به طرز حیرت انگیزی، محققان نسبت به ما‌ده‌ تاریک دقیقاً مطمئن نیستند. در ابتدا، برخی دانشمندان حدس می‌زدند كه این توده گمشده در جهان از ستاره‌های كوچک و سیاهچاله‌ها ساخته شده است، هرچند كه مشاهدات مفصل به اندازه كافی چنین واکنش‌ها را که تأثیر ماده‌ تاریک را به خود اختصاص دهند، نشان نداده‌اند.

همانطور که دان لینکلن فیزیکدان از Fermilab وزارت انرژی ایالات متحده قبلا برای Science Live توضیح داده است، هدایت کننده اصلی ماد‌ه تاریک، ذره ای فرضی به نام WIMP است که مانند نوترون رفتار می‌کند، مگر اینکه بین 10 تا 100 برابر سنگین‌تر از پروتون باشد. 

آیا می توانیم ماده‌ تاریک را کشف کنیم؟

ماده تاریک

اگر ماد‌ه تا‌ریک از WIMPها ساخته شده باشد، طبیعتا باید نامرئی و به سختی قابل ردیابی باشند اما آن‌ها باید در اطراف ما باشند. پس چرا ما هنوز پیدایشان نکردیم؟ در حالی که آن‌ها خیلی با ماد‌ه معمولی در تعامل نیستند، همیشه احتمال کمی وجود دارد که یک ذره از ماد‌ه تاریک بتواند هنگام عبور از فضا به یک ذره عادی مانند پروتون یا الکترون برخورد کند.

بنابراین، محققان با آزمایش پشت آزمایش برای به بررسی تعداد زیادی از ذرات معمولی در اعماق زمین، جایی که از تابش تداخلی محافظت می‌شوند که می‌توانند از برخورد ذرات ماد‌ه تاریک محافظت کنند، پرداخته‌اند. حال مشکل چیست؟ پس از چندین دهه جستجو، هیچ یک از این آشکارسازها کشف موثقی را انجام نداده‌اند. 

در اوایل سال جاری، آزمایش چینی PandaX عدم ارتباط WIMP را گزارش کرد. فیزیکدان هایبویو از دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، در آن زمان به Live Science گفت که به نظر می‌رسد ذرات ماده‌ تاریک بسیار کوچک‌تر از WIMP هستند، یا فاقد خصوصیاتی هستند که باعث می‌شود مطالعه آن‌ها آسان شود.

آیا ماده تاریک از بیش از یک ذره تشکیل شده است؟

ماده معمولی از ذرات روزمره مانند پروتون و الکترون و همچنین یک باغ وحش کامل از ذرات عجیب و غریب مانند نوترینوها، میون‌ها و پیون‌ها تشکیل شده است. بنابراین، برخی محققان این سوال را پرسیدند كه آیا ماد‌ه تار‌یک، كه 85 درصد جهان را تشکیل می‌دهد نیز می‌تواند به همین اندازه پیچیده باشد؟ 

آندری کاتز، فیزیکدان دانشگاه هاروارد، به Space.com گفت: “دلیلی وجود ندارد که تصور کنیم تمام ماده‌ تار‌یک در جهان از یک نوع ذره ساخته شده است.” کاتز گفت، پروتون‌های تاریک می‌توانند با الکترون‌های تاریک ترکیب شوند تا اتم‌های تاریک شکل بگیرند و به گونه‌ای متنوع و جالب به نظر برسند که در دنیای قابل مشاهده نباشند. 

آیا نیروهای تاریک وجود دارند؟

ماده تاریک

در کنار ذرات اضافی ماده تار‌یک، این احتمال وجود دارد که ماد‌ه تار‌یک نیروهایی مشابه آن‌چه را که توسط ماده معمولی احساس می‌شود تجربه کند. برخی محققان “فوتون‌های تار‌یک” را کشف کرده‌اند، که می‌تواند مانند فوتون‌های تبادل شده بین ذرات عادی که باعث ایجاد نیروی الکترومغناطیسی می‌شوند، احساس شود.

فیزیکدانان در ایتالیا در تلاشند تا پرتو الکترون‌ها و ذرات آن‌ها را که به عنوان پوزیترون شناخته می‌شوند، به داخل الماس هدایت کنند. اگر فوتون‌های تاریک وجود داشته باشند، جفت‌های الکترو پوزیترون می‌توانند یکی از ذرات عجیب و غریب حامل نیرو را نابود و تولید کنند و به طور بالقوه یک بخش کاملاً جدید از جهان را باز کنند.

آیا ماده تاریک می‌تواند از آکسون‌ها تشکیل شده باشد؟

از آنجا که فیزیکدانان به طور فزاینده عشق‌شان را نسبت به WIMP از دست می‌دهند، ذرات دیگر شروع به جلب توجه می‌کنند. یکی از جایگزین‌های پیشرو ذره‌ای فرضی است که به عنوان یک محور شناخته می‌شود، بسیار سبک است و نسبت به یک پروتون از انبوه کمتری برخوردار است. در حال حاضر محورها در چند آزمایش جستجو می‌شوند. شبیه سازی‌های رایانه‌ای اخیر این احتمال را ایجاد کرده است که این محورها می‌توانند اشیا شبیه به ستاره را تشکیل دهند که ممکن است تشعشعات قابل ردیابی تولید کند که کاملاً شبیه پدیده‌های اسرارآمیز معروف به انفجارهای رادیویی سریع باشد.

خواص ماد‌ه تار‌یک چیست؟

اخترشناسان ماد‌ه تار‌یک را از طریق تعامل گرانشی آن با ماده عادی کشف کردند و اظهار داشتند که این اصلی‌ترین روش شناختن حضور چیزی در جهان است. اما محققان در تلاشند تا ماهیت واقعی ماد‌ه تا‌ریک را درک کنند، اما مدارک قابل توجهی برای ادامه این کار ندارند.

طبق برخی از تئوری‌ها، ذرات ماد‌ه تا‌ریک باید جز ضد ذرات باشند، به این معنی که هنگام رسیدن به یکدیگر دو ذره ما‌ده تا‌ریک نابود می‌شوند. آزمایش طیف سنج مغناطیسی آلفا (AMS) در ایستگاه فضایی بین المللی از سال 2011 به دنبال نشانه‌های داستان این نابودی است و تاکنون صدها هزار واقعه را کشف کرده است.

آیا ماد‌ه تا‌ریک در همه کهکشان‌ها وجود دارد؟

از آنجا که این ماده از ماده معمولی فراتر رفته است  غالباً گفته می‌شود ما‌ده تاریک نیروی کنترل است که ساختارهای بزرگی مانند کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی را سامان می‌دهد. بنابراین عجیب بود که در اوایل سال جاری، اخترشناسان اعلام کردند که یک کهکشان به نام NGC 1052-DF2 را پیدا کرده‌اند که به نظر می‌رسد به هیچ وجه حاوی ما‌ده تا‌ریک نیست. پیتر ون دوکوم از دانشگاه ییل به Space.com گفت: “ماد‌ه تا‌ریک ظاهراً الزامی برای تشکیل یک کهکشان نیست.”

با این حال، در طول تابستان، یک تیم جداگانه تجزیه و تحلیلی را ارسال کرد که نشان می‌داد تیم ون دوکوم فاصله با کهکشان را به طور اشتباه اندازه گیری کرده است. بدین معنی که ماده قابل مشاهده آن بسیار کم نور و سبک‌تر از اولین یافته‌ها بوده و ماده تاریک در بیشتر توده‌های آن بوده است.

از نتایج DAMA / LIBRA چه خبر؟

ماده تاریک

یک راز دیرینه در فیزیک ذرات در یک آزمایش اروپایی است که به DAMA / LIBRA معروف است. این ردیاب – که در یک معدن زیرزمینی در زیر کوه Gran Sasso در ایتالیا واقع شده است – در جستجوی نوسانات دوره‌ای در ذرات ما‌د‌ه تا‌ر‌یک است. 

این نوسانات باید به وجود آید که زمین هنگام گردش در جریان کهکشانی ماد‌ه تا‌ریک اطراف منظومه شمسی ما، که گاهی اوقات باد ما‌ده تاریک نامیده می‌شود، در مدار خود به دور خورشید حرکت کند. از سال 1997، DAMA / LIBRA ادعا كرد كه دقیقاً این سیگنال را می‌بیند، اگرچه هیچ آزمایش دیگری چیزی شبیه به این را گزارش نداده است. 

آیا ما‌د‌ه تا‌ریک می‌تواند بار الکتریکی داشته باشد؟

یک سیگنال از آغاز زمان باعث شده است که برخی فیزیکدانان تصور کنند ما‌ده تار‌‌یک ممکن است بار الکتریکی داشته باشد. تابش طول موج 21 سانتی متری توسط ستاره‌ها در زمان نوزادی جهان، تنها 180 میلیون سال پس از بیگ بنگ رخ داده است. سپس توسط هیدروژن سرد که در همان زمان قرار داشت جذب شد. هنگامی که این اشعه در فوریه سال جاری تشخیص داده شد، امضای آن حاکی از آن است که هیدروژن بسیار سردتر از آنچه دانشمندان پیش بینی کرده بودند، است.

اخترفیزیک جولیان موزوز از دانشگاه هاروارد فرض می‌کند که ما‌د‌ه تار‌یک با یک بار الکتریکی می‌تواند گرما را از هیدروژن فراگیر، نوعی مانند مکعب‌های یخ که در لیموناد شناور هستند، دور کند. اما این حدس هنوز تأیید نشده است.

آیا ذرات معمولی می‌توانند در ماد‌ه تار‌یک نابود شوند؟

نوترون‌ها ذرات ماده معمولی با طول عمر محدود هستند. بعد از گذشت حدود 14.5 دقیقه، یک نوترون تنها که از اتم غافل می‌شود، به یک پروتون، الکترون و یا نوترینو تباه شده تبدیل می‌شود. با توجه به آزمایشات ذکر شده در یک مطالعه در ژورنال Physical Review Letters، دو مجموعه آزمایشی مختلف طول عمر کمی متفاوت برای این پوسیدگی نشان می‌دهند که اختلاف بین آن‌ها حدود 9 ثانیه است.

در اوایل سال جاری، فیزیکدانان اشاره کردند که اگر در طی یک صدم ثانیه، برخی نوترون‌ها در ذرات ما‌د‌ه تا‌ر‌یک پوسیده شوند، می‌توانند این ناهنجاری را به خود اختصاص دهند. کریستوفر موریس از آزمایشگاه ملی لوس آلاموس، در نیومکزیکو  و تیم وی نوترون‌ها را برای سیگنالی که مربوط به ما‌د‌ه تار‌یک بودند، اما قادر به تشخیص چیزی نبودند، تحت نظر داشتند. طبق این بررسی، آن‌ها پیشنهاد کردند که سناریوهای پوسیدگی ممکن است امکان پذیر باشد.

آیا واقعا ما‌د‌ه تار‌یک وجود دارد؟

با توجه به دشواری‌هایی که دانشمندان برای کشف و توضیح ما‌ده تا‌ر‌یک با آن روبرو بوده اند، ممکن است یک فرد معقول از خود سؤال کند که آیا همه آن‌ها اشتباه می‌کنند یا خیر. سال‌هاست که اقلیت فیزیکدانان این عقیده را مطرح می‌کنند که شاید نظریه‌های گرانش ما صرفاً نادرست نباشند و این که نیروی بنیادی بر اساس مقیاس‌های بزرگ متفاوت از آنچه انتظار داریم عمل کند. 

این پیشنهادات که اغلب به عنوان “دینامیک نیوتونی اصلاح‌شده” یا مدل‌های MOND شناخته می‌شود، بیانگر این است که ماده تاریک وجود ندارد و سرعت‌های فوق سریع که در آن ستارگان و کهکشان‌ها در حال چرخش در اطراف یکدیگر هستند، نتیجه رفتار گرانشی به روش‌های غافلگیرکننده است. 

دون لینکلن، فیزیکدان در توضیحی برای Live Science نوشت: “ما‌د‌ه تا‌ریک هنوز تأیید نشده است.” با این حال مجرمان هنوز نتوانسته‌اند زمینه بزرگ‌تر ایده‌های خود را اثبات کنند. و آخرین مدرک؟ همچنان نشان می‌دهد ما‌د‌ه تا‌ر‌یک واقعی است.

اگر نظری دارید خوشحال می‌شویم در بخش دیدگاه‌ها برای‌مان بنویسید. 

مطالب مرتبط

 
 

دیدگاهتان را بنویسید

بخش های ضروری علامت گذاری شده اند *