ما هنوز نمیدانیم ماده تاریک دقیقا چیست، با وجود آنکه بهطور جدی به وجود آن مشکوک هستیم. ما شواهد غیرمستقیم آن را در همه جا مشاهده میکنیم؛ از نرخهای چرخش کهکشانها گرفته تا نحوه شکلگیری و رشد بزرگترین ساختارهای کیهان. دهههاست که کیهانشناسان بر این باور بودهاند که ماده تاریک نوعی ذره نامتعارف است که پیشتر در چارچوب مدل استاندارد فیزیک ذرات شناخته نشده بود. این ذره عجیب نه با نور برهمکنش دارد و نه عملا با چیز دیگری، و تنها اثر قابلتوجه آن از طریق نفوذ گرانشیاش ظاهر میشود.
با این حال، این امکان نیز وجود دارد که ماده تاریک از میلیاردها ذره بسیار ریز که در سراسر جهان هستی پرسه میزنند ساخته نشده باشد. در عوض، ممکن است از تجمع فشردهای از اجرامی بسیار بزرگتر تشکیل شده باشد. بهطور مشخص، پژوهشگرانی که پشت یک مطالعه جدید قرار دارند و نتایج آن را در پایگاه دسترسی آزاد arXiv منتشر کردهاند، دو نوع از این اجرام نامتعارف را مورد بررسی قرار دادهاند.
نوع نخست با نام ستاره بوزونی شناخته میشود. در این الگو، ماده تاریک از ذرهای فوقالعاده سبک تشکیل شده که حتی میتواند میلیونها برابر سبکتر از نوترینوها باشد که خود سبکترین ذرات شناختهشده به شمار میروند. این ذرات آنقدر سبک هستند که ماهیت کوانتومی آنها باعث میشود در مقیاسهای کهکشانی، بیش از آنکه شبیه ذرات منفرد باشند، رفتاری موجگونه از خود نشان دهند. با این حال، این امواج گاهی میتوانند روی هم انباشته شوند و با اتکای به گرانش خودشان گرد هم آیند، بیآنکه دچار فروپاشی شوند.
امکان دیگر، اجرامی هستند که با نام Q-balls شناخته میشوند. در این چارچوب، ماده تاریک اصلا یک ذره مجزا نیست، بلکه یک میدان کوانتومی است که سراسر فضا و زمان را دربر میگیرد. به دلیل یک ویژگی خاص این میدان، ممکن است در شرایطی معین، بخشی از آن جدا شود و تودههایی عظیم، پایدار و گلولهمانند پدید آورد که در کیهان سرگردان میشوند؛ مشابه تکهای از آرد که در سس غلیظ بهخوبی هم زده نشده و بهصورت شناور باقی مانده است.
هم ستارههای بوزونی و هم Q-balls که تحت عنوان کلی اجرام اخترفیزیکی تاریک نامتعارف شناخته میشوند، شناسایی بسیار دشواری دارند. آنها بزرگاند و ابعادی در حد ستارهها دارند، اما از خود نوری ساطع نمیکنند و به همین دلیل در پیمایشهای معمول ما از کیهان، تقریبا نامرئی هستند.
با این حال، اخترشناسان راهی یافتهاند که این اجرام میتوانند حضور خود را فاش کنند: ریزهمگرایی گرانشی. اگر یک Q-ball یا یک ستاره بوزونی از میان ما و یک ستاره دوردست عبور کند، گرانش شدید آن جرم تاریک باعث میشود نور ستاره مانند یک عدسی گرانشی رفتار کند. از دید ما، این پدیده بهصورت جابهجایی ناگهانی موقعیت ظاهری ستاره ظاهر میشود که پس از مدت کوتاهی به حالت عادی بازمیگردد.
در نتیجه، تنها کاری که باید انجام دهیم این است که تعداد بسیار زیادی ستاره را برای مدتزمانی طولانی و با دقت بالا زیر نظر بگیریم. خوشبختانه، ابزار مناسبی برای این کار در اختیار داریم. ماموریت تلسکوپ فضایی Gaia دقیقا بر همین اساس تعریف شده است: رصد طولانیمدت و پیوسته تعداد عظیمی از ستارگان.
اخترشناسان این مطالعه پیشنهاد میکنند که با استفاده از دادههای Gaia، یک برنامه جستوجو برای یافتن Q-balls و ستارههای بوزونی اجرا شود. بسته به اینکه چه تعداد از این اجرام در کیهان وجود داشته باشد، Gaia ممکن است تاکنون تا چند هزار جرم اخترفیزیکی تاریک نامتعارف را ثبت کرده باشد.
دیدگاه ها