راز مادهٔ تاریک فاش شد؟ انفجار دوم کیهان، منبع این جرم مرموز!

تحقیقات نوین در باب ریشه‌های مادهٔ تاریک

تحقیقات اخیر یه تیم دانشجویی و اساتید در دانشگاه کُلگیت، نشانه‌های تازه‌ای رو مطرح کرده که می‌تونه درک ما از منشأ مادهٔ تاریک رو دگرگون کنه. کاسمین ایله، استاد یار فیزیک و نجوم، و ریچارد کیسی، دانشجوی سال آخر، ایده‌ای رو مورد بررسی قرار دادن که توسط دو دانشمند از دانشگاه تگزاس در آستین، کاترین فریز و مارتین وینکلر، پیشنهاد شده. این ایده مطرح می‌کنه که شاید مادهٔ تاریک از یه “بیگ‌بنگ تاریک” جداگانه سرچشمه گرفته باشه که کمی پس از تولد جهان اتفاق افتاده.

به‌طور کلی پذیرفته شده که تمام موادی که جهانِ ما رو شکل دادن (از جمله مادهٔ تاریک) از یک رویداد بزرگ، یعنی بیگ‌بنگ، نشأت گرفتن. این رویداد مربوط به پایان دورهٔ انبساط کیهانی میشه، دوره‌ای که انرژی خلا که باعث انبساط شدید و خیلی سریع اولیهٔ جهان شده بود، به یه پلاسما داغ از تابش و ذرات تبدیل شد.

یکی از معماهای بزرگ علم، ریشه و ماهیت مادهٔ تاریکه که تقریباً ۲۵٪ از بودجهٔ انرژی جهان امروزی رو تشکیل می‌ده. در حالی که هنوز مستقیم تو آزمایش‌های زیرزمینی شناسایی نشده و تو شتاب‌دهنده‌ها دیده نشده، اما اثرات گرانشی مادهٔ تاریک با قطعیت تو مقیاس‌های کهکشانی و فراکهکشانی تأیید شده. علاوه بر این، مادهٔ تاریک ردپای قابل توجهی روی تابش الکترومغناطیسی پس از بیگ‌بنگ، به‌ویژه تابش زمینهٔ کیهانی، از خودش به جا می‌ذاره.

تو سال ۲۰۲۳، فریز و وینکلر پیشنهاد کردن که مادهٔ تاریک، برخلاف مادهٔ معمولی، شاید از یک رویداد بیگ‌بنگ متمایز نشأت گرفته باشه که احتمالاً چند ماه بعد از بیگ‌بنگ معمول رخ داده.

مدل بیگ‌بنگ تاریک و کشف ذرات مادهٔ تاریک

تو این مدل، ذرات مادهٔ تاریک از طریق تجزیه یه میدان کوانتومی تولید میشن که فقط با بخش تاریک جهان در ارتباطه و در ابتدا تو یه حالت متاستابل کاذب به دام افتاده. تو مطالعهٔ اخیرشون، ایلی و کیسی این مدل بیگ‌بنگ تاریک رو بررسی و اصلاح کردن و تمام سناریوهای ممکن برای تحقق اون رو که با داده‌های آزمایشی فعلی همخوانی داره، مشخص کردن.

به‌طور ویژه، کارشون طیفی از پارامترهای احتمالی رو کشف کرده که می‌تونه منشأ مادهٔ تاریک رو توضیح بده. این مطالعه همچنین پیامدهای قابل رؤیت احتمالی این سناریوهای جدید رو مشخص می‌کنه، به‌خصوص تولید امواج گرانشی که احتمالاً توسط آزمایش‌های آینده قابل شناسایی باشه. ایلی در این باره گفت: “شناسایی امواج گرانشی که توسط بیگ‌بنگ تاریک تولید شدن، می‌تونه شواهد حیاتی برای این نظریهٔ جدید مادهٔ تاریک فراهم کنه.” اون اضافه کرد: “با آزمایش‌های فعلی مثل آرایهٔ زمان‌سنجی پالسار بین‌المللی (IPTA) و آرایهٔ کیلومتر مربعی (SKA) که تو افق قرار دارن، شاید به‌زودی ابزارهایی داشته باشیم که این مدل رو به شیوه‌هایی بی‌سابقه آزمایش کنیم.”

تشخیص امواج گرانشی پس‌زمینه توسط همکاری NANOGrav تو سال 2023، که بخشی از IPTA محسوب میشه، احتمال داره به تحقق بیگ‌بنگ تاریک مرتبط باشه. با ارائهٔ اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر توسط آزمایش‌های آینده، یافته‌های این مطالعه می‌تونه به بهبود درک ما از پارامترهای حاکم بر بیگ‌بنگ تاریک کمک کنه و احتمالاً اون رو به عنوان منبع واقعی مادهٔ تاریک تأیید کنه.

پیامدهای این کشفیات می‌تونه فراتر از مادهٔ تاریک باشه، چون دید تازه‌ای دربارهٔ تاریخ اولیهٔ جهان و نیروهایی که تکامل اون رو شکل دادن، ارائه میدن. جستجو برای پیدا کردن جواب معماهای مادهٔ تاریک و ریشه‌هاش همچنان به پیشبرد تحقیقات تو خط مقدم کیهان‌شناسی مدرن ادامه میده.