کشف «کوتوله تاریک» می‌تواند دری به سوی رمزگشایی از معمای ماده تاریک بگشاید

DNVN - یک مطالعه تازه منتشر شده نشان می‌دهد که "کوتوله‌های تاریک" مرموز ممکن است سرنخ‌های مهمی ارائه دهند و به روشن شدن ماهیت واقعی ماده تاریک - یکی از بزرگترین اسرار کیهان‌شناسی مدرن - کمک کنند.

نوع جدیدی از اجرام ستاره‌ای که کوتوله تاریک نامیده می‌شوند، ممکن است در مرکز کهکشان ما کمین کرده باشند. این ستارگان کم‌نور و کم‌جرم ممکن است نه با همجوشی هسته‌ای، بلکه با نابودی ذرات ماده تاریک نیرو بگیرند که به طور بالقوه ماهیت گریزان یکی از بزرگترین اسرار جهان را آشکار می‌کند. (مفهوم هنرمند). منبع: SciTechDaily.

تیمی از محققان بریتانیا و هاوایی که در مجله کیهان‌شناسی و فیزیک نجومی منتشر شده است، مفهوم کوتوله‌های تاریک را معرفی کرده و توضیح داده‌اند که چگونه انسان‌ها می‌توانند با استفاده از ابزارهای موجود، از جمله تلسکوپ فضایی جیمز وب، آنها را شناسایی کنند. نام «کوتوله‌های تاریک» به این دلیل نیست که ذاتاً تاریک هستند، بلکه به این دلیل است که آنها ارتباط نزدیکی با ماده تاریک دارند - ماده‌ای که امروزه در قلب اخترفیزیک و کیهان‌شناسی باقی مانده است.

پروفسور جرمی سکستین از دانشگاه هاوایی، یکی از نویسندگان این مطالعه، توضیح می‌دهد: «ما فکر می‌کنیم که ۲۵٪ از جهان از نوعی ماده تشکیل شده است که نوری ساطع نمی‌کند و این باعث می‌شود که با چشم غیرمسلح و تلسکوپ‌ها قابل مشاهده نباشد. ما فقط می‌توانیم آن را از طریق اثرات گرانشی‌اش تشخیص دهیم. به همین دلیل آن را ماده تاریک می‌نامیم.»

اگرچه وجود ماده تاریک تأیید شده و دانشمندان رفتار آن را مشاهده کرده‌اند، اما ماهیت واقعی آن همچنان یک راز است. در طول ۵۰ سال گذشته، فرضیه‌های زیادی مطرح شده است، اما هیچ‌کدام توسط داده‌های تجربی قوی پشتیبانی نشده‌اند. تحقیقاتی مانند این، با هدف ارائه روش‌های عملی برای نزدیک‌تر شدن به پاسخ نهایی انجام شده است.

از جمله امیدوارکننده‌ترین کاندیداها برای ماده تاریک، ذرات عظیم با برهمکنش ضعیف (WIMP) هستند - ذرات بسیار عظیمی که با ماده معمولی برهمکنش بسیار ضعیفی دارند. آنها تقریباً بدون شناسایی از همه چیز عبور می‌کنند، نوری ساطع نمی‌کنند، تحت تأثیر نیروهای الکترومغناطیسی قرار نمی‌گیرند و بنابراین نور را منعکس نمی‌کنند و نامرئی می‌مانند. WIMPها را فقط می‌توان به طور غیرمستقیم از طریق تأثیر گرانشی آنها شناسایی کرد. این همچنین نوع ماده تاریک لازم برای وجود کوتوله‌های تاریک است.

تصویرسازی از یک کوتوله سیاه. منبع: تصویر ایجاد شده توسط کارکنان Sissa Medialab با استفاده از Adobe Illustrator

ساکستین توضیح می‌دهد: «ماده تاریک می‌تواند از طریق گرانش برهمکنش داشته باشد، بنابراین توسط ستارگان به دام می‌افتد و درون آنها تجمع می‌یابد. وقتی این اتفاق می‌افتد، می‌تواند با خودش برهمکنش داشته باشد و خود را نابود کند و انرژی آزاد کند که ستاره را گرم می‌کند.»

ستارگان معمولی، مانند خورشید، از طریق همجوشی هسته‌ای در هسته‌های خود می‌درخشند، زمانی که به اندازه کافی عظیم هستند که گرانش ماده را تا نقطه‌ای فشرده می‌کند که باعث واکنش بین هسته‌های اتمی می‌شود و مقادیر عظیمی از انرژی را آزاد می‌کند که ما آن را به عنوان نور می‌بینیم. از سوی دیگر، کوتوله‌های تاریک نیز می‌درخشند، اما نه از طریق همجوشی هسته‌ای.

ساکستین گفت: «کوتوله‌های تاریک بسیار کوچک هستند، تنها حدود ۸ درصد جرم خورشید.» چنین جرم‌های پایینی برای شروع واکنش‌های گرماهسته‌ای کافی نیستند. بنابراین، این اجرام، اگرچه در کیهان رایج هستند، معمولاً تنها تابش ضعیفی از انرژی تولید شده توسط فروپاشی گرانشی کوچک خود ساطع می‌کنند و کوتوله‌های قهوه‌ای نامیده می‌شوند.

با این حال، وقتی آنها در مناطقی غنی از ماده تاریک، مانند مرکز کهکشان راه شیری، وجود داشته باشند، کوتوله‌های قهوه‌ای می‌توانند به اشکال دیگر تبدیل شوند. ساکستین خاطرنشان می‌کند: «این اجرام ماده تاریک را جمع می‌کنند و آنها را به کوتوله‌های تاریک تبدیل می‌کنند. هرچه ماده تاریک بیشتری در اطراف آنها باشد، آنها بیشتر جمع می‌کنند. و هرچه ماده تاریک بیشتری جمع کنند، می‌توانند انرژی بیشتری از نابودی خود تولید کنند.»

اما همه این نظریه‌ها فقط برای نوع خاصی از ماده تاریک معتبر هستند. ساکستین گفت: «برای اینکه کوتوله‌های تاریک وجود داشته باشند، ماده تاریک باید از WIMPها یا هر ذره عظیمی که می‌تواند با خود تعامل داشته باشد تا ماده مرئی را ایجاد کند، ساخته شده باشد.» نظریه‌های دیگر، مانند آکسیون‌ها، نوترینوهای استریل یا ذرات فوق سبک ضعیف، برای ایجاد اثر مطلوب بسیار سبک هستند. فقط ذرات عظیمی که می‌توانند تعامل داشته باشند و خود را به انرژی مرئی نابود کنند، انرژی کافی برای تأمین انرژی کوتوله‌های تاریک را فراهم می‌کنند.

اما برای اینکه این فرضیه معتبر باشد، به یک روش خاص برای شناسایی کوتوله‌های تاریک نیاز است. بنابراین ساکستین و همکارانش یک نشانه پیشنهاد می‌دهند: لیتیوم-۷. این عنصر در ستاره‌های معمولی خیلی سریع می‌سوزد و به سرعت ناپدید می‌شود. ساکستین توضیح می‌دهد: «اگر جسمی پیدا کردید که شبیه کوتوله تاریک است، می‌توانید ردپای لیتیوم-۷ را بررسی کنید. اگر هنوز آنجا باشد، نمی‌تواند یک کوتوله قهوه‌ای یا چیزی شبیه به آن باشد.»

تصور می‌شود ابزارهای مدرن مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب قادر به شناسایی اجرام بسیار سرد مانند کوتوله‌های تاریک هستند. با این حال، ساکستین رویکرد متفاوتی را پیشنهاد می‌کند: «گزینه دیگر این است که کل جمعیت را بررسی کنیم و سپس از نظر آماری بپرسیم که آیا باید جمعیت دیگری از کوتوله‌های تاریک را برای توصیف بهتر آن اضافه کنیم یا خیر.»

اگر دانشمندان در سال‌های آینده یک یا چند کوتوله تاریک را شناسایی کنند، آیا این برای تأیید این فرضیه که ماده تاریک از WIMPها ساخته شده است، کافی خواهد بود؟ ساکستین می‌گوید: «کاملاً قوی. با وجود کاندیداهای ماده تاریک سبک، مانند اکسیون‌ها، فکر نمی‌کنم چیزی شبیه کوتوله تاریک پیدا کنیم. آنها درون ستاره‌ها جمع نمی‌شوند. اگر کوتوله‌های تاریک را پیدا کنیم، این مدرک محکمی خواهد بود که ماده تاریک عظیم است و به شدت با خودش برهمکنش دارد اما با مدل استاندارد فقط ضعیف است. این شامل WIMPها و برخی مدل‌های عجیب و غریب می‌شود.»

با این حال، او همچنین خاطرنشان کرد که کشف کوتوله‌های تاریک لزوماً به این معنی نیست که ماده تاریک یک WIMP است، اما می‌تواند یک WIMP یا شکل دیگری از ماده باشد که رفتاری نزدیک به WIMP دارد.

اگر این فرضیه تأیید شود، مسیرهای تحقیقاتی جدیدی را باز می‌کند و به طور بالقوه یکی از بزرگترین اسرار جهان را روشن می‌سازد.

لا خه (طبق گزارش SciTech Daily)

منبع: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203