جستجوی نخستین ستارگان کیهان به کشف نشانه‌های ماده تاریک انجامید

* جستجوی نخستین ستارگان کیهان به سرراست‌ترین مدرک برای وجود ماده تاریک انجامید.

گروهی از اخترشناسان به رهبری جاد بومن از دانشگاه ایالتی آریزونا هنگامی که سرگرم جستجو برای یافتن نخستین ستارگان کیهان از راه سیگنال‌های رادیویی بودند به گونه‌ای نامنتظره به سیگنا‌ل‌هایی مربوط "ماده‌ی تاریک"، رازآلودترین بلوک ساختمانی فضا برخوردند.

الگوی موج رادیویی در آسمان که در اثر آمیختگی پرتوهای نخستین ستارگان با اثر ماده‌ی تاریک پدید آمده. مناطق آبی جاهایی هستند که ماده‌ی تاریک ماده‌ی معمولی را بیشتر از جاهای دیگر خنک کرده. اگر یک چنین الگویی با رادیوتلسکوپ‌های تازه در چند سال آینده هم دیده شود، تاییدی خواهد بود بر آشکارسازی ماده‌ی تاریک توسط نخستین ستارگان.

این نظریه که این سیگنال‌ها نشانه‌ی ماده‌ی تاریکند از مقاله‌ی دیگری سرچشمه می‌گیرد که توسط رنان بارکانا از دانشگاه تل آویو در این هفته در نیچر منتشر شد و می‌گوید این سیگنال‌ اثباتِ برهمکنش میان ماده‌ی معمولی و ماده‌ی تاریک در آغاز کیهانست. به گفته‌ی بارکانا، این کشف نخستین اثبات سرراست از اینست که ماده‌ی تاریک وجود دارد و از ذراتی کم‌جرم هم تشکیل شده است.

این سیگنال که با یک رادیوتلسکوپ نوین به نام "اِجِز" (EDGES) دریافت شده، از روزگاری بسیار کهن، ۱۸۰ میلیون سال پس از مهبانگ آمده.

چیزی که جهان را ساخته

بارکانا می‌گوید: «ماده‌ی تاریک کلید رمزگشایی از این راز است که کیهان از چه ساخته شده. ما درباره‌ی عنصرهای سازنده‌ی زمین، خورشید و دیگر ستارگان چیزهای بسیاری می‌دانیم، ولی بیشتر ماده‌ی درون کیهان نادیدنیست و به نام "ماده‌ی تاریک" شناخته می‌شود. ما از روی گرانش نیرومند ماده‌ی تاریک به وجودش پی برده‌ایم، ولی از چیستی آن هیچ نمی‌دانیم. از همین رو ماده‌ی تاریک یکی از بزرگ‌ترین رازهای فیزیک مانده است.»

«ما برای گشودن این راز باید به گذشته برگردیم. اخترشناسان می‌توانند گذشته را ببینند زیرا نور برای رسیدن به چشم ما به زمان نیاز دارد. ما خورشید را در وضعیت هشت دقیقه پیش آن می‌بینیم، ولی ستارگان بسیار دوردست کیهان را به گونه‌ای می‌بینیم که میلیاردها سال پیش بوده‌اند.»

بومن و همکارانش دریافت یک سیگنال رادیویی در بسامد ۷۸ مگاهرتز را گزارش دادند. پهنای نمایه‌ی (پروفایل) دیده شده به طور عمده با چشمداشت‌ها همخوانی دارد، ولی دامنه‌ی آن را هم بزرگ‌تر از پیش‌بینی‌ها یافتند (نشانه‌ی درآشامش یا جذب بیشتر) که نشان می‌دهد این گاز باستانی سردتر از چشمداشت‌ها بوده.

بارکانا می‌گوید دمای این گاز از راه برهمکنش هیدروژن با ماده‌ی سرد تاریک پایین رفته.

دریافت از آغاز کیهان

بارکانا می‌گوید: «من پی بردم که این سیگنال شگفت‌انگیز حضور دو بازیگر را نشان می‌دهد: نخستین ستارگان، و ماده‌ی تاریک. نخستین ستارگان کیهان این سیگنال را تولید کردند، و همزمان، ماده ی تاریک با برخورد به ماده‌ی معمولی آن را سرد کرد. ماده‌ی فراسرد به طور طبیعی این سیگنال رادیویی نیرومند را توضیح می‌دهد.»

فیزیکدانان انتظار داشتند ذرات ماده‌ی تاریک سنگین باشد، ولی این کشف، ذراتی کم‌جرم را نشان می‌دهد. بارکانا بر پایه‌ی این سیگنال رادیویی استدلال می‌کند که ذره‌ی ماده‌ی تاریک سنگین‌تر از جرم چند پروتون نیست. وی می‌گوید: «این بینش به تنهایی توان این را دارد که مسیر جستجوی ماده‌ی تاریک را تغییر دهد.»

بر پایه‌ی نظریه، هنگامی که ستارگان در آغاز کیهان ساخته شدند، نورشان به دل انبوه گاز هیدروژن آغازین نفوذ کرد و ساختار درونی آن را دگرگون کرد. این باعث شد گاز هیدروژن فوتون‌های تابش زمینه‌ی ریزموج کیهان را در طول موج ویژه‌ی ۲۱ سانتیمتر درآشامد (جذب کند)، و مُهری در طیف رادیویی بزند که می‌بایست امروز در بسامدهای رادیویی زیر ۲۰۰ مگاهرتز دیده شود. مشاهدات با همه چیز این نظریه همخوانی دارند به استثنای شدت نامنتظره‌ی درآشامش (جذب).

پرفسور بارکانا پیش‌بینی می‌کند که ماده‌ی تاریک یک الگوی بسیار ویژه از امواج رادیویی پدید آورد که اکنون می‌تواند با آرایه‌های بزرگ آنتن‌های رادیویی دیده شود. یکی از این آرایه‌ها SKA (آرایه‌ی کیلومتر مربعی) است، بزرگ‌ترین رادیوتلسکوپ دنیا که هنوز در دست ساخت است. بارکانا در پایان می‌گوید: «رصد چنین چیزی با SKA می‌تواند تایید کند که نخستین ستارگان واقعا ماده‌ی تاریک را نشان می‌دهند.»

--------------------------------------------

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:

dark matter - Prof. Judd Bowman - Arizona State University - star - radio wave - Nature - Prof. Rennan Barkana - Tel Aviv University - EDGES - Big Bang - Department of Astrophysics - TAU - School of Physics and Astronomy - frequency - hydrogen - cosmic microwave background - wavelength - spectrum - radio antenna - SKA

منبع: sciencedaily

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان