ماده تاریک: پیروی از قوانین شناخته شده یا نیروی پنجم پنهان؟
به نظر میرسد ماده تاریک از قوانین گرانشی مشابه ماده معمولی پیروی میکند.
پژوهشگران دریافتند که به نظر میرسد ماده تاریک بسیار شبیه ماده معمولی رفتار کرده و از قوانین فیزیکی آشنا پیروی میکند. بااینحال، امکان وجود یک نیروی پنجم پنهان هنوز باقی است؛ نیرویی که باید بسیار ضعیف باشد تا تاکنون از تشخیص اجتناب کرده باشد.
آیا ماده تاریک مطابق با همان قوانین فیزیکی حاکم بر ماده معمولی رفتار میکند؟ این پرسش همچنان یکی از معماهای بزرگ کیهانشناسی مدرن باقیمانده است، چرا که این شکل نامرئی ماده (که نه نوری ساطع میکند و نه بازتاب میدهد) هنوز فرضی و بهشدت مطالعه مستقیم آن دشوار است. به گزارش پایگاه علمی خبری دانه، پژوهشگران دانشگاه ژنو (UNIGE) قصد داشتند ببینند که آیا ماده تاریک در بزرگترین مقیاسها از رفتار آشنا پیروی میکند یا نیروهای دیگری ممکن است بر آن تأثیر بگذارند. مطالعه آنها که در نیچر کامیونیکیشنز (Nature Communications) منتشر شده است، نشان میدهد که به نظر میرسد ماده تاریک بسیار شبیه ماده معمولی عمل میکند، اگرچه آنها هنوز نمیتوانند احتمال وجود یک تعامل اضافی و ناشناخته پیشین را رد کنند. ازآنجاکه تصور میشود ماده تاریک پنج برابر رایجتر از ماده معمولی باشد، حتی یک بینش کوچک جدید نیز به روشنتر کردن نقش آن در شکلدهی به کیهان کمک میکند.
ماده معمولی تحتتأثیر چهار نیروی بنیادی شناخته شده قرار دارد: گرانش، الکترومغناطیس، و نیروهای قوی و ضعیف درون اتمها. پرسش این است که آیا ماده تاریک به همان مجموعه نیروها پاسخ میدهد؟ درحالیکه ماده تاریک نامرئی و تشخیص آن دشوار است، ممکن است همچنان از این قوانین آشنا پیروی کند یا احتمالاً تحتتأثیر یک نیروی پنجم قرار گیرد که دانشمندان هنوز آن را شناسایی نکردهاند.
بررسی نحوه حرکت ماده تاریک در چاههای گرانشی
برای کاوش این امکان، گروه تحت رهبری دانشگاه ژنو بررسی کرد که آیا ماده تاریک به همان شیوهای که ماده معمولی در مقیاسهای کیهانی انجام میدهد، در چاههای گرانشی فرومیرود یا خیر. اجرام پرجرم، ساختار فضا را تحریف کرده و این چاهها را تشکیل میدهند. ماده معمولی (سیارات، ستارهها و کهکشانها) مطابق اصول فیزیکی تثبیتشدهای که شامل نسبیت عام اینشتین و معادلات اویلر است، به درون آنها سقوط میکنند. این گروه میخواست بداند که آیا ماده تاریک نیز به همان شیوه قابلپیشبینی رفتار میکند.
کامیل بونوین، استاد دانشیار بخش فیزیک نظری دانشکده علوم دانشگاه ژنو و از نویسندگان همکار این مطالعه توضیح میدهد: «برای پاسخ به این پرسش، ما سرعت کهکشانها در سراسر کیهان را با عمق چاههای گرانشی مقایسه کردیم. اگر ماده تاریک تحتتأثیر یک نیروی پنجم نباشد، آنگاه کهکشانها – که عمدتاً از ماده تاریک ساخته شدهاند – مانند ماده معمولی و تنها تحت حاکمیت گرانش، به درون این چاهها سقوط خواهند کرد. از طرف دیگر، اگر یک نیروی پنجم بر ماده تاریک اثر بگذارد، بر حرکت کهکشانها تأثیر گذاشته و آنها در نتیجه به شکل متفاوتی در چاهها سقوط خواهند کرد؛ بنابراین با مقایسه عمق چاهها با سرعت کهکشانها، میتوانیم وجود چنین نیرویی را آزمایش کنیم.»
پیروی ماده تاریک از معادلات اویلر
با استفاده از این روش بر روی دادههای کیهانشناسی مدرن، پژوهشگران دریافتند که ماده تاریک به همان شیوه ماده معمولی وارد چاههای گرانشی میشود، به این معنی که با معادلات اویلر سازگار است. ناستاسیا گریم، نویسنده اول این مطالعه و پژوهشگر سابق فوق دکترا در بخش فیزیک نظری دانشکده علوم دانشگاه ژنو که اخیراً به مؤسسه کیهانشناسی و گرانش دانشگاه پورتسموث پیوسته است، میگوید: «در این مرحله، بااینحال، این نتیجهگیریها هنوز وجود یک نیروی ناشناخته را رد نمیکنند. اما اگر چنین نیروی پنجمی وجود داشته باشد، نمیتواند از ۷٪ قدرت گرانش تجاوز کند در غیر این صورت قبلاً در تحلیلهای ما ظاهر شده بود.»
این یافتههای اولیه، گامی مهم در پالایش درک ما از ماده تاریک نشان میدهند. هدف کلیدی بعدی این است که مشخص شود آیا یک نیروی پنجم ظریف واقعاً بر آن تأثیر میگذارد یا خیر. اسحاق توتوسائوس، از نویسندگان همکار این مطالعه نتیجه میگیرد: «دادههای آینده از جدیدترین آزمایشها، مانند LSST و DESI، به نیروهایی به ضعیفی ۲٪ گرانش حساس خواهند بود؛ بنابراین آنها باید به ما امکان دهند حتی بیشتر درباره رفتار ماده تاریک بیاموزیم.»
