شاید قدمت ماده تاریک بیشتر از بیگ بنگ باشد!

MacTavish · 22/8/19

بر اساس یک مدل ریاضی جدید، این احتمال می‎رود که ماده تاریک قبل از بیگ بنگ و در طی تورم کیهانی به وجود آمده باشد، یعنی زمانیکه فضا با سرعت در حال انبساط بود. به باور محققان، ماده تاریک تقریبا ۸۰% جرم جهان را تشکیل میدهد، اما ترکیب و منشاء آن همچنان در فیزیک مدرن نامشخص باقیمانده است.

مطالعه انجام شده در دانشگاه جانز هاپکینز نشان میدهد که احتمالا “ماده تاریک” قبل از بیگ بنگ هم وجود داشته است. در این مطالعه، ایدۀ جدیدی درباره چگونگی ایجاد ماده تاریک و چگونگی شناسایی آن در طول مشاهدات نجومی ارائه شده است.

«تامی تنکانن» دانشجوی فوق دکتری در گروه اختر فیزیک دانشگاه جانز هاپکینز و نویسنده مقاله اظهار داشت: «مطالعه ما از وجود رابـ*ـطه‌ای میان فیزیک ذرات و اخترشناسی حکایت دارد. اگر ماده تاریک از ذرات جدیدی تشکیل یافته که قبل از بیگ بنگ به وجود آمدند، این میتواند شیوۀ توزیع کهکشان‌ها در آسمان را بصورت منحصربفردی تحت تاثیر قرار دهد. از این رابـ*ـطه میتوان برای افشای هویت آنها و نتیجه‌گیری درباره زمان‌های قبل از بیگ بنگ هم استفاده کرد.»

اگرچه اطلاعات چندان زیادی درباره منشاء ماده تاریک در دست نیست، اما اخترشناسان نشان داده‌اند که ماده تاریک نقشی کلیدی در ایجاد کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی دارد. اگرچه ماده تاریک به صورت مستقیم قابل مشاهده نیست، اما دانشمندان میدانند که ماده تاریک بخاطر تاثیر گرانشی بر روی چگونگی حرکت ماده مرئی و توزیع آن در فضا، باید وجود داشته باشد. برای مدتی طولانی محققان بر این باور بودند که ماده تاریک باید یکی از فراورده‌های جانبی بیگ بنگ باشد. دانشمندان از خیلی وقت پیش به دنبال چنین ماده‌ای بوده‌اند، اما تاکنون تمامی کاوش‌های آزمایشی بی‌ثمر باقی مانده است.

تنکانن در ادامه گفت: «اگر ماده تاریک فقط بقایای بیگ بنگ بود، در این صورت محققان می بایست در موارد متعددی نشانه‌هایی مستقیم از وجود ماده تاریک در آزمایش‌های فیزیک ذرات کشف می‌کردند. اما این چنین نشده است. ما با استفاده از یک چارچوب ریاضی ساده نشان دادیم که ماده تاریک احتمالا قبل از بیگ بنگ و در دوره‌ای تحت عنوان تورم کیهانی به وجود آمده است؛ در دوره‌ای که فضا با سرعت چشمگیری در حال انبساط بود. انتظار می‌رود این انبساط سریع موجب پیدایش انواع خاصی از ذرات به نام اسکالرها را فراهم آورده باشد. تاکنون یک ذره اسکالر کشف شده و بوزون هیگزِ نام دارد.»

آقای تنکانن افزود: «ما نمی دانیم ماده تاریک چیست، اما اگر ارتباطی با ذرات اسکالر داشته باشد، شاید قدمتی بیشتر از بیگ بنگ داشته باشد. با سناریوی ریاضی جدیدی که ما پیشنهاد کردیم، نیازی نیست در ورای گرانش، انواع جدیدی از برهمکنش‌ها را میان ماده تاریک و ماده مرئی تصور کنیم.»

اگرچه این ایدۀ تازه‌ای نیست که میگوییم ماده تاریک قبل از بیگ بنگ وجود داشته، اما سایر نظریه‌پردازان موفق نشده‌اند در محاسبات خود از این ایده پشتیبانی کنند. مطالعه جدید گویای آن است که محققان همواره ساده ترین سناریوهای ریاضی را برای منشاء ماده تاریک دستکم گرفته‌اند.

مطالعه جدید، روشی برای آزمایش منشاء ماده تاریک ارائه می کند. در همین راستا، آثاری که ماده تاریک بر توزیع ماده در جهان میگذارد، میتواند به بررسی منشاء آن کمک کند. شاید ما با مشاهدات نجومی موفق به افشای وجود ماده تاریک بشویم. به محض اینکه ماهواره اقلیدس در سال ۲۰۲۰ میلادی پرتاب شد، یقینا اطلاعات بیشتری دربارۀ منشاء ماده تاریک بدست خواهیم آورد. امیدواریم این ماهواره خبرهای هیجان‌انگیزی را برایمان به ارمغان بیاورد. جزئیات بیشتر این مقاله در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.