10 پرسش بی پاسخ درباره ماده تاریک
قریب به صد سال است که پژوهشگران و دانشمندان در حال تحقیق درباره ماده تاریک یا ماده سیاه هستند. با این حال هنوز سؤالات بسیاری پیرامون این ماده وجود دارند که حتی محققان نیز از پاسخ دادن به آن‌ها عاجز مانده‌اند.
10 پرسش بی پاسخ درباره ماده تاریک
ماده تاریک بر اساس آخرین تعاریف، ذره‌ای فرضی به نام WIMP (Weakly Interactive Massive Particle) یا «ذره سنگین با برهم‌کنش ضعیف» است که مانند یک نوترون رفتار می‌کند اما جرم آن 10 تا 100 برابر بیشتر از پروتون است. سؤالات اساسی پیرامون این پدیده وجود دارد که در ادامه 10 مورد از مهم‌ترین و پرتکرارترین آن‌ها را با یکدیگر مرور می‌کنیم.
هچنین بخوانید: از اسرار ماده تاریک معروف چه می دانید؟
1. آیا می‌توان ماده تاریک را شناسایی کرد؟
ماده سیاه نامرئی است و همین کار را برای شناسایی آن‌ها سخت می‌کند. با اینکه این ذرات هیچ تعامل و برهم‌کنشی با پیرامون خود ندارند، اما امکان دارد با یک ذره عادی مثل پروتون یا الکترون برخورد کنند. بنابراین احتمال شناسایی ماده سیاه هر چند کم، اما وجود دارد.
2. آیا ماده تاریک از بیش از یک ذره تشکیل شده است؟
همان‌طور که می‌دانید، مواد از اتم و ذرات کوچک‌تری به نام الکترون، پروتون، نوترون و گاه میون و پیون تشکیل شده‌اند. بنابراین دانشمندان معتقدند این فرضیه که ماده تاریک تنها از یک نوع ساخته شده، قدری ساده لوحانه است. پروتون‌های تاریک می‌توانند با الکترون‌های تاریک ترکیب شده و اتم‌های تاریک را به وجود آورند.
3. آیا نیروهای تاریک وجود دارند؟
محققان بر این باور هستند که ماده سیاه نیز مانند یک ماده معمولی، نیروهایی را احساس می‌کند. البته جنس نیرو کاملا متفاوت است. برخی پژوهشگران از فوتون‌های تاریک سخن گفته‌اند که مانند فوتون‌های مبادله شده بین ذرات معمولی هستند و نیروی الکترومغناطیسی تولید می‌کنند. با این تفاوت که این نیرو تنها توسط ماده سیاه احساس می‌شود.
4. آیا ماده تاریک می‌تواند از جنس اکسیون باشد؟
اکسیون یک ذره فرضی بسیار سبک است و شاید جرم آن میلیون‌ها برابر کمتر از پروتون باشد. شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای اخیر نشان می‌دهند که اکسون ها احتمالا قابلیت ایجاد اجرام ستاره‌ای مانند را دارند؛ اجرامی که ممکن است تشعشعاتی مشابه پدیده مرموز «انفجار رادیویی سریع» تولید کنند.
5. خواص ماده تاریک چگونه است؟
ماده سیاه از طریق برهم‌کنش گرانشی آن با ماده معمولی کشف شده است. این مسئله ثابت می‌کند که این ذره واقعا در جهان وجود دارد. با این حال علیرغم تلاش‌های بسیار، محققان هنوز نتوانسته‌اند ماهیت آن را به درستی درک کنند. برخی نظریه‌ها می‌گویند ذرات ماده تاریک خاصیت ضد ذره‌ای دارند؛ بدان معنا که یک ذره ماده تاریک در مواجهه با ذره ماده تاریک دیگر از بین می‌رود و محو می‌شود.
6. آیا ماده تاریک در همه کهکشان‌ها وجود دارد؟
نسبت ماده تاریک در جهان بسیار بیشتر از ماده معمولی است. به همین خاطر گمان می‌رود ماده تاریک همان نیروی کنترل کننده‌ای باشد که نظام‌های بزرگ مثل کهکشان‌ها به آن وابسته هستند. بنابراین احتمال آنکه ماده سیاه در همه کهکشان‌ها وجود داشته باشد بسیار قوی است.
7. نتایج داما/لیبرا چه می‌گویند؟
یکی از اسرار دیرینه در علم فیزیک ذرات، نتایج مرموز یک پژوهش موسوم به داما/لیبرا است. این آشکارساز که در یک معدن زیرزمینی در پایین کوه ساسو در ایتالیا واقع شده، سال‌هاست به دنبال نوسان دوره‌ای در ذرات ماده سیاه است. این نوسان باید هنگام گردش زمین به دور خورشید و حرکت در منظومه شمسی و کهکشان شیری که با ماده تاریک احاطه شده به وجود آید. پژوهش داما/لیبرا ادعا می‌کند که دقیقا این سیگنال را می‌بیند اما هیچ آزمایش دیگری تا کنون به مورد مشابه بر نخورده است.
8. آیا ماده تاریک می‌تواند بار الکتریکی داشته باشد؟
طبق گفته برخی محققان، ماده تاریک می‌تواند دارای بار الکتریکی باشد. پس از بیگ بنگ، تابشی با طول موج 21 سانتی‌متر منتشر شده که بعدها توسط هیدروژن سرد جذب شده است. پس از شناسایی این تابش در فوریه 2018، مشخص شد که هیدروژن بسیار سردتر از پیش‌بینی‌های دانشمندان بوده است. فرضیه‌ای وجود دارد که می‌گوید ماده سیاه با بار الکتریکی می‌تواند گرما را مثل مکعب‌های یخی شناور در لیموناد، از هیدروژن رانده باشد. البته این فرضیه هنوز تأیید نشده است.
9. آیا ذرات معمولی می‌توانند در ماده تاریک تجزیه شوند؟
نوترون‌ها ذرات ماده معمولی با طول عمر محدود هستند. پس از گذشت 14.5 دقیقه، یک نوترون تنها که از اتم جدا شده، در پروتون، الکترون و نوترینو تجزیه می‌شود. اما آزمایش‌های طراحی شده برای شبیه‌سازی این شرایط برای ماده سیاه چیزی را نشان ندادند. با این حال هنوز این فرضیه را هنوز نمی‌توان به طور کامل رد کرد.
10. آیا ماده تاریک واقعا وجود دارد؟
با توجه به مشکلاتی که دانشمندان حین تلاش برای کشف، درک و توضیح رفتار و ماهیت ماده سیاه با آن روبرو شده‌اند، منطقی است اگر فکر کنیم یک جای کار ایراد دارد. طی سال اخیر، عده‌ای از دانشمندان این ایده را مطرح کرده‌اند که شاید نظریه‌های موجود در خصوص گرانش نادرست هستند و نیروی بنیادی در مقیاس‌های بزرگ، متفاوت‌تر از انتظارات ما کار می‌کند.
این ایده که تحت عنوان «دینامیک نیوتونی اصلاح شده» یا مدل MOND شناخته می‌شود، بیانگر آن است که ماده تاریک وجود ندارد و سرعت‌های بالایی که هنگام گردش ستاره‌ها و کهکشان‌ها به دور یکدیگر شاهد آن‌ها هستیم، نتیجه رفتارهای گرانشی هستند. شما درباره ماده سیاه چه فکر می‌کنید؟