مطالعه‌ای جدید: ماده تاریک ممکن است با خودش برهم‌کنش داشته باشد
باشگاه خبرنگاران جوان؛ جواد فراهانی - در فاصله هفت میلیارد سال نوری از زمین، خوشه‌ای کهکشانی قرار دارد که از برخورد دو خوشه دیگر تشکیل شده و جرم کل آن به دو کوادریلیون (۲ × ۱۰¹⁵) برابر جرم خورشید می‌رسد.
به دلیل ابعاد بسیار بزرگش، این خوشه «اِل گوردو» (El Gordo) که در زبان اسپانیایی به معنای «چاق» یا «بزرگ‌جثه» است نام گرفته است. بزرگیِ خیره‌کننده این خوشه با توجه به دوران اولیه‌ای که در آن وجود داشته، بسیار غیرمعمول است؛ موضوعی که مدت‌هاست دانشمندان را سردرگم کرده است.
وجود «اِل گوردو» چنان شگفت‌انگیز است که برخی اخترشناسان آن را چالشی احتمالی برای «مدل استاندارد کیهان‌شناسی» می‌دانند. در چارچوب نظریه‌های رایج، توضیح اینکه چگونه ماده تاریکِ «سرد» که طبق تعریف، در یک جهانِ در حال انبساط با هیچ چیز دیگری برهم‌کنش ندارد توانسته در چنین مدت کوتاهی ساختاری به این عظمت را شکل دهد، بسیار دشوار است. مطالعه‌ای جدید که در نشریه *The Astrophysical Journal* منتشر شده، پیشنهاد می‌کند که شاید پاسخ این معما در توانایی ماده تاریک برای برهم‌کنش با خودش نهفته باشد.
تأثیر ماده «گرم»
ماده تاریک بخش عمده‌ای از جرم جهان را تشکیل می‌دهد. این ماده تقریباً هیچ‌گونه برهم‌کنشی با نور یا ماده معمولی ندارد؛ دلیل اصلی آن هم این است که بیشترِ فرآیند‌هایی که ما با آنها آشنا هستیم، ماهیتی الکترومغناطیسی دارند. با این حال، یکی از پرسش‌های محوری در فیزیک مدرن همچنان باقی است: آیا ذرات ماده تاریک می‌توانند به‌طور فعال با یکدیگر برهم‌کنش داشته باشند؟
پذیرفته‌شده‌ترین فرضیه می‌گوید پاسخ «منفی» است. مشاهدات نشان می‌دهند که ماده تاریک اساساً «سرد» است؛ بدین معنا که ذرات تشکیل‌دهنده آن دارای انرژی جنبشی بسیار پایینی هستند. اگر ذرات ماده تاریک دائماً با یکدیگر برخورد می‌کردند، گرما تولید می‌شد درست مانند ماده معمولی که بر اثر اصطکاک گرم می‌شود.
با این حال، اگر ماده تاریک قابلیت برهم‌کنش با خودش را داشته باشد، می‌توانسته تشکیل ابرخوشه‌های اولیه نظیر «اِل گوردو» را تسریع کند. در مقابل، مدل‌های استاندارد کیهان‌شناسی بیان می‌کنند که در چنین شرایطی، جهان باید مملو از ماده تاریکِ «گرم» باشد.
راهکاری مبتنی بر دو حالت
در این مطالعه جدید، نویسنده مدلی را بررسی می‌کند که در آن، ماده تاریک دارای دو حالت است: یک «حالت پایه» و یک «حالت برانگیخته». در چنین سیستمی، بیشترِ برخورد‌ها به صورت کشسان (الاستیک) باقی می‌مانند. با این حال، هنگامی که انرژی به آستانه‌ای مشخص می‌رسد، برخورد می‌تواند ذره را به یک «حالت برانگیخته» ببرد که عملاً منجر به جذب انرژی جنبشی می‌شود. در نتیجه، ذرات ماده تاریک قادرند ضمن سرد شدن، به‌طور کارآمدی در کنار هم تجمع کنند.
شبیه‌سازی‌های «چند-جسمی» (N-body) که مدل‌های محاسباتی برای ردیابی حرکت تعداد زیادی از اجسامِ در حال برهم‌کنش هستند نشان می‌دهند که این مدلِ «ماده تاریک گرم» ِ دو-مؤلفه‌ای (که شامل برخورد‌های کشسان و ناکشسان است)، بهترین توصیف را از ساختار مشاهده‌شده در خوشه «اِل گوردو» (El Gordo) ارائه می‌دهد. این مدل نسبت به فرضیه‌های مبتنی بر ماده تاریکِ فاقد برهم‌کنش، یا ماده تاریکی که تنها دارای برخورد‌های کشسان است، از دقت بالاتری برخوردار است.
با این وجود، دانشمندان همچنان محتاط هستند؛ چرا که جرم دقیق «اِل گوردو» و سرعت برخورد ذرات تشکیل‌دهنده آن، هنوز با دقت بالا اندازه‌گیری نشده است. اگر مشخص شود که جرم این خوشه در پایین‌ترین حدِ برآورد‌های فعلی قرار دارد، ممکن است مدل پیشنهادی تا زمانی که ذرات ماده تاریک به‌طور مستقیم شناسایی نشوند، تأیید نگردد. تا آن زمان، ماهیت واقعی این غول کیهانی همچنان به عنوان معمایی جذاب باقی خواهد ماند.
منبع: Naukatv.ru
