ماده تاریک خودش را لو داد؟ ردپای احتمالی در برخورد سیاهچالهها شناسایی شد
دانشمندان ممکن است به سرنخی از ماده تاریک در برخورد سیاهچالهها دست یافته باشند؛ نشانههایی بسیار ضعیف که میتواند در امواج گرانشی پنهان باشد و اکنون راهی تازه برای جستوجوی یکی از بزرگترین معماهای کیهان پیش روی فیزیکدانان قرار داده است.
به گزارش ساینس دیلی، براساس پژوهشی جدید از محققان Massachusetts Institute of Technology و چندین موسسه علمی اروپایی برخورد دو سیاهچاله میتواند بهعنوان نوعی آشکارساز کیهانی برای شناسایی ماده تاریک عمل کند؛ بهویژه اگر این برخورد در ناحیهای با چگالی بالای ماده تاریک رخ داده باشد.
ماده تاریک و امواج گرانشی؛ ایدهای تازه برای یک معمای قدیمی
ماده تاریک یکی از اسرارآمیزترین اجزای جهان است که حدود ۸۵ درصد از کل ماده کیهان را تشکیل میدهد، اما تاکنون بهطور مستقیم مشاهده نشده است. این ماده با نور یا سایر تابشهای الکترومغناطیسی برهمکنش ندارد و تنها اثر آن از طریق گرانش قابل ردیابی است.
در این مطالعه پژوهشگران پیشنهاد کردهاند که اگر دو سیاهچاله در محیطی متراکم از ماده تاریک با هم ادغام شوند الگوی امواج گرانشی حاصل میتواند ردپایی بسیار ظریف از حضور این ماده را در خود داشته باشد.
بررسی دادههای رصدخانههای امواج گرانشی
این تیم پژوهشی با استفاده از دادههای عمومی ثبتشده توسط شبکه بینالمللی LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) شامل رصدخانههای پیشرفته تشخیص امواج گرانشی سیگنالهای حاصل از سه دوره مشاهده را تحلیل کردند.
در میان ۲۸ رویداد واضح برخورد سیاهچالهها ۲۷ مورد کاملا با مدل خلا (بدون حضور ماده تاریک) مطابقت داشتند، اما یک رویداد با نام GW۱۹۰۷۲۸ که در ۲۸ ژوئیه ۲۰۱۹ ثبت شده بود رفتاری متفاوت نشان داد و با مدل فرضی حضور ماده تاریک همخوانی بیشتری داشت.
رویداد GW۱۹۰۷۲۸؛ یک سیگنال غیرعادی
سیگنال GW۱۹۰۷۲۸ مربوط به برخورد دو سیاهچاله با جرمی در مجموع حدود ۲۰ برابر جرم خورشید است. پژوهشگران دریافتند که این رویداد ممکن است در محیطی با چگالی بالای ماده تاریک رخ داده باشد و همین موضوع باعث ایجاد تغییرات بسیار ظریف در شکل موج گرانشی آن شده باشد.
با این حال دانشمندان تاکید میکنند که این یافته هنوز کشف ماده تاریک محسوب نمیشود و تنها یک نشانه احتمالی است که نیاز به بررسیهای مستقل و دادههای بیشتر دارد.
مدلسازی جدید برای شکار ماده تاریک
پژوهشگران برای رسیدن به این نتایج مدلهای عددی پیچیدهای طراحی کردند که پیشبینی میکند امواج گرانشی حاصل از برخورد سیاهچالهها در دو حالت متفاوت چگونه خواهند بود:
۱. زمانی که سیاهچالهها در خلأ کامل برخورد میکنند
۲. زمانی که در محیطی سرشار از ماده تاریک قرار دارند
این مدلها عواملی مانند جرم سیاهچالهها، سرعت چرخش آنها و چگالی ماده تاریک اطراف را نیز در نظر میگیرند.
پدیده سوپراِیدنسی و نقش سیاهچالههای چرخان
یکی از نظریههای مهم در این پژوهش به پدیدهای به نام ابر-تابش یا superradiance مربوط میشود. در این فرآیند سیاهچالههای چرخان میتوانند انرژی چرخشی خود را به ذرات بسیار سبک ماده تاریک منتقل کنند و باعث افزایش چگالی آن در اطراف خود شوند. در صورت رسیدن این چگالی به حد کافی بالا اثرات آن میتواند در امواج گرانشی حاصل از ادغام سیاهچالهها قابل تشخیص باشد.
جوس آئورکوتکسا، پژوهشگر فوقدکتری Massachusetts Institute of Technology گفت: ما میدانیم ماده تاریک در اطراف ما وجود دارد؛ فقط باید در شرایط مناسب بتوانیم اثر آن را ببینیم.
او تاکید میکند که سیاهچالهها میتوانند این چگالی را افزایش دهند و امواج گرانشی ابزار جدیدی برای جستوجوی آن فراهم میکنند.
همچنین سومن روی از Université Catholique de Louvain که تحلیل دادهها را رهبری کرده میگوید: این یک زمان هیجانانگیز برای جستوجوی فیزیک جدید از طریق امواج گرانشی است.
رویداد GW۱۹۰۷۲۸ نیز به گفته پژوهشگران میتواند نشان دهد که برخی برخوردهای سیاهچالهای ممکن است در محیطهایی رخ داده باشند که پیشتر در تحلیلها بهعنوان خلا کامل در نظر گرفته میشدند.
هنوز هیچ کشفی قطعی نیست
دانشمندان تاکید دارند که شواهد بهدستآمده از نظر آماری هنوز برای اعلام کشف ماده تاریک کافی نیست. با این حال این روش جدید میتواند در آینده به ابزاری مهم برای بررسی محیط اطراف سیاهچالهها تبدیل شود.
به گفته پژوهشگران با ادامه فعالیت رصدخانههای امواج گرانشی و افزایش دقت دادهها، احتمال شناسایی اثرات ماده تاریک در برخوردهای سیاهچالهای بیشتر خواهد شد. در این پژوهش همچنین محققانی از دانشگاههای University of Amsterdam، University of Oxford و Queen Mary University of London مشارکت داشتهاند. اگر این روش در آینده تایید شود امواج گرانشی میتوانند به یکی از مهمترین ابزارهای بشر برای کشف ماهیت ماده تاریک تبدیل شوند؛ مادهای که هنوز یکی از بزرگترین رازهای کیهان باقی مانده است.
انتهای پیام/
