آیا ماده تاریک هم بار الکتریکی دارد؟

آیا ماده‌ی تاریک هم بار الکتریکی دارد؟ هیچ کس تاکنون پیگیر این پرسش نشده ولی اکنون پژوهشگرانی دارند این احتمال را که برخی از ذرات ماده‌ی تاریک هم بتوانند بار الکتریکی اندکی داشته باشند و از راه نیروی الکترومغناطیسی با ماده‌ی معمولی برهمکنش انجام دهند بررسی می‌کنند.

عکس هابل از خوشه‌ی کهکشانی ۳۸۲۷- محدوده‌های ماده‌ی تاریک درون خوشه با خطوط آبی نشان داده شده

رهبری این پژوهش را خولین مونیوس، کیهان‌شناس دانشگاه هاروارد به همراه اَوی لوب، فیزیکدان نظری و استاد مرکز اخترفیزیک هاروارد اسمیتسونیان (CfA) بر عهده دارند.

مونیوس می‌گوید: «درباره‌ی خودروهای برقی و کتاب‌های الکترونیک شنیده‌اید، ولی اکنون ما می‌خواهیم از ماده‌ی تاریک الکتریکی بگوییم. هر چند این بار الکتریکی در کوچک‌ترین مقیاس‌هاست.»

پنداشتِ باردار بودن ماده‌ی تاریک به اندازه‌ای شگفت‌آور است که به چیزی جز داستان‌های علمی-تخیلی نمی‌ماند. مونیوس و لوب این پنداشت را از یک پژوهش که چندی پیش انجام شده بود الهام گرفتند.

این پژوهش در فوریه‌ی گذشته به کمک تلسکوپ اجِز (EDGES) انجام شده بود. دانشمندانِ اجز در آن هنگام اعلام کردند که شناسه‌های رادیویی نخستین ستارگان کیهان را دریافت کرده‌اند [اینجا خواندید: * کشف شواهد ستاره‌زایی‌های آتشین در "سپیده‌دم کیهان"].

بر پایه‌ی نظریه‌های رایج، هنگامی که نخستین نسل ستارگان کیهان آغاز به گسیلش  پرتوهای فرابنفش کردند، این پرتوها با اتم‌های هیدروژن سرد میان ستارگان واکنش انجام داده و به نوبه‌ی خود به اتم‌ها اجازه داد تابش زمینه‌ی ریزموج کیهان (سی‌ام‌بی) را درآشامند (جذب کنند)- سی‌ام‌بی تابشی بود که از مهبانگ به جا مانده بود. گروه اجز می‌گفتند شواهدی از این درآشامشِ سی‌ام‌بی را یافته‌اند، هرچند که دیگر دانشمندان هنوز آن را بررسی نکرده‌اند. گروه اجز همچنین دریافتند که دمای این اتم‌های هیدروژن نصف دماییست که انتظار می‌رفت.

مونیوس و لوب این یافته‌ها را -به ویژه دمای پاین‌تر از چشمداشت اتم‌های هیدروژن را- نشانه‌ی احتمالیِ برهمکنش میان ماده‌ی تاریک و ماده‌ی معمولی پنداشتند.

مونیوس می‌گوید: «اگر اجز گاز سردتر از انتظارِ هیدروژن را در آن روزگار دیده، توضیحش چه می‌تواند باشد؟ یک احتمال اینست که هیدروژن توسط ماده‌ی تاریک خنک شده.»

لوب می‌گوید: «ما داریم با بهره از سیگنال‌های سنجش‌پذیری که از سپیده‌دم کیهان دریافت شده محدوده‌ی احتمال را به این می‌رسانیم که ذرات ماده‌ی تاریک بار الکتریکی کوچکی دارند -باری هم‌ارز یک میلیونیم بارِ یک الکترون.»

ولی این دانشمندان هنوز راهی برای اثبات این نظریه نیافته‌اند. زیرا «دیدن چنین بارهای کوچکی حتی با بزرگ‌ترین شتابدهنده‌های ذرات هم امکان پذیر نیست.»

مونیوس و لوب همچنین افزودند که در آن روزگار، ماده‌ی معمولی می‌بایست بسیار آهسته حرکت می‌کرده، و پراکندگی (scattering) ذرات باردار هم در حرکت‌های آهسته آسان‌تر رخ می‌دهد. بنابراین اگر برخی از ذرات ماده‌ی تاریک باردار بوده‌اند، می‌بایست برهم‌کنش بسیار نیرومندی میان آنها و ماده‌ی معمولی رخ می‌داده، و چنین برهم‌کنشی با ماده‌ی تاریک می‌توانسته باعث کاهش شدید دمای اتم‌های هیدروژن شود؛ کاهشی به آن اندازه شدید که بتواند دماهای دیده شده توسط گروه اجز را توضیح دهد.

برخی از اخترشناسان یافته‌های اجز را به چالش کشیده‌اند، ولی مونیوس و لوب کارشان را برای بررسی کمک احتمالی آن در بیشتر شناختن ماده‌ی تاریک ادامه می‌دهند.

لوب می‌گوید: «ما می‌توانیم با پژوهش خود یک نظریه‌ی فیزیک بنیادی ارایه دهیم، برداشت دیگران از داده‌های اجز هر چه می‌خواهد باشد. سرشت ماده‌ی تاریک یکی از بزرگ‌ترین رازهای جهان دانش است، و ما باید برای گشودن گره آن از همه‌ی داده‌های تازه‌ی مربوط بهره بگیریم.»

اگرچه مونیوس و لوب هنوز نمی‌توانند نظریه‌ی خود را با مشاهدات مستقیم ثابت کنند، ولی اگر به راستی بخش کوچکی از ماده‌ی تاریک دارای بار الکتریکی ضعیفی باشد، می‌تواند داده‌های اجز (از هیدروژن سرد آغاز کیهان) را توضیح دهد و به پژوهش‌های دیگر درباره‌ی ماده‌ی تاریک کمک کند.

این پژوهش روز چهارشتبه (۳۰ می) در نشریه‌ی نیچر منتشر شد.

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

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:

dark matter - electric charge - electromagnetic force - Julian Muñoz - Harvard University - Cambridge - Massachusetts - Avi Loeb - Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - CfA - electric car - e-book - Experiment to Detect the Global EoR (Epoch of Reionization) Signature - EDGES - Murchison Radio-astronomy Observatory - Australia - radio - star - ultraviolet - hydrogen - cosmic microwave background - CMB - Big Bang - atom - electron - scatter - particle accelerator - fundamental physics - Nature

منبع: Space.com

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان