مادۀ تاریک؛ مبهم‌تر از همیشه

مادۀ تاریک تاثیر شگرفی بر جهان ما و شکل دادن به کهکشان‌ها دارد و حتی آثار آن بر انرژی باقی از “بیگ بنگ” نیز قابل مشاهده است. علی‌رغم ارتباط آن، شناسایی مادۀ تاریک بسیار سخت است و ستاره‌شناسان ترجیح می‌دهند تا به‌جای مشاهدۀ مستقیم آن، در پی یافتن سرنخ‌هایی مبتنی بر تعامل گرانشی آن با مادۀ عادی (شامل پروتون، الکترون و نوترون که هر چیزی که می‌بینیم و لمس می‌کنیم را تشکیل می‌دهند) باشند. مشاهدات اخیر صورت‌گرفته رصدخانۀ اشعۀ ایکس چاندرا (Chandra) ناسا به تصویر “مبهم”‌تری از مادۀ تاریک اشاره کرده‌اند.

این مطالعه، که به تازگی برای انتشار در انجمن سلطنتی اخترشناسان بریتانیا پذیرفته شده‌است، بر بررسی اشعه ایکس از ۱۳ خوشۀ کهکشانی تمرکز دارد. مولفین با استفاده از مشاهدات خود از گازهای داغ نفوذی به خوشه‌های کهکشانی برای تخمین اندازه و پراکندگی مادۀ تاریک در خوشه و بررسی خصوصیات متضاد آن با مدل فعلی، در پی یافتن مدلی جدید و متناسب با داده‌های موجود هستند.

مدل کیهان‌شناختی استاندارد فعلی شامل مادۀ تاریک سرد به‌عنوان جزء اصلی است. در این مورد، “سرد” به معنی آهسته بودن سرعت جابجایی آن در مقایسه با سرعت نور می‌باشد. با این حال، مدل‌های مادۀ تاریک سرد نشان می‌دهند که مادۀ تاریک – و ماده معمولی، که از طریق گرانش به مادۀ تاریک کشیده شده‌است – باید با هم در مرکز کهکشان‌ها انباشته شوند. اما چنین افزایشی در ماده، چه نرمال و چه تیره، دیده نمی شود. علاوه بر این، مدل‌های مادۀ تاریک سرد، وجود کهکشان‌های ماهواره‌ای کوچک بسیاری را در منظومۀ شمسی، فراتر از چیزی که در حال حاضر می‌بینیم، پیش‌بینی می‌کنند. حتی با پذیرش واقعیت دشوار بودن یافتن برخی از منظومه‌ها، باز هم پیش‌بینی مدل‌های مادۀ تاریک سرد به مقدار قابل توجهی زیاد است.

با این حال، تئوری “مادۀ تاریک سرد” تنها یکی از چندین نظریۀ مرتبط با مادۀ تاریک است. در مقابل، ماده تاریک مبهم (Fuzzy) مدلی است که در آن مادۀ تاریک جرمی در حدود ۱۰ هزار تریلیون تریلیون برابر کوچکتر از یک الکترون دارد! در مکانیک کوانتومی، تمام ذرات جرم و طول موج متناسب دارند. با پذیرش این جرم کوچک، در حقیقت طول موج ۳۰۰۰ سال نوری را برای مادۀ تاریک پذیرفته‌ایم. (در طولانی‌ترین طول موج نوری، یعنی موج رادیویی، فاصلۀ دو قلۀ موج تنها چند مایل است.)

با این طول موج بلند، مادۀ تاریک نمی‌تواند در مرکز کهکشان‌ها تجمع پیدا کند، و این می‌تواند توجیهی بر عدم مشاهدۀ باشد. اما در حالی که مدل‌های سادۀ “ماده تاریک مبهم” مشاهدات حاصل از کهکشان‌های کوچک را توجیه می‌کنند، کهکشان‌های بزرگ‌تر ممکن است نیازمند توضیحی پیچیده‌تر باشند و خوشه‌های کهکشانی هنوز هم بستر بررسی‌های بیشتر هستند؛ به همین دلیل محققان، خوشه‌های کهکشانی عظیم را هدف مطالعات چاندرا قرار داده‌اند.

نتایج نشان می‌دهند در حالی که یک مدل مادۀ تاریک سادۀ مبهم هنوز هم مشاهدات خوشه‌ای را به‌خوبی توضیح نمی دهد، یک مدل پیچیده‌تر و “مبهم”تر از پس این کار یرمی‌آید. در این مدل، مادۀ تاریک اشغال‌کنندۀ چندین واحد کوانتومی در آن واحد (یک اتم با الکترون‌های زیاد که برخی از آن‌ها در سطوح انرژی بالاتری قرار دارند را در نظر بگیرید.) طول موج‌هایی ایجاد می‌کند که با هم تداخل دارند و این امر، پراکندگی مادۀ تاریک در خوشۀ کهکشانی را نسبت به انتظار اولیه، تغییر می‌دهد.

پیش‌بینی حاصل از این مدل مطابقت بیشتری با مشاهدات حاصل از ۱۳ خوشۀ کهکشانی دارد و نشان می‌دهد که مادۀ تاریک مبهم‌تر می‌تواند بهترین مدل برای تجمیع مدل‌های کیهان‌شناسی است. با این حال، مطالعۀ بیشتر و اندازه‌گیری دقیق‌تر برای سنجش بهتر این نظریه و اطمینان از صحت آن مورد نیاز است.