به‌عقیده‌ی پژوهشگران، ماده‌تاریک که ۸۰ درصد جرم جهان را تشکیل می‌دهد، یکی از دست‌نیافتنی‌ترین معماهای فیزیک جدید است. چیستی ماده‌تاریک و چگونگی به‌وجود‌آمدن آن معمایی حل‌نشده است؛ اما به‌تازگی محققان دانشگاه جان هاپکینز در اظهارات جدید خود، احتمال می‌دهند این ماده قبل از مه‌بانگ (بیگ‌بنگ) نیز وجود داشته است.

این مطالعه که هفتم اوت در Physical Review Letters منتشر شد، ایده‌ی جدیدی از چگونگی پدیدآمدن و نحوه‌ی شناسایی ماده‌تاریک را ازطریق مشاهدات ارائه می‌دهد. تومی تنکانن، پژوهشگر دوره‌ی پسادکتری فیزیک و اخترشناسی در دانشگاه جان هاپکینز و نویسنده این مطالعه‌ می‌گوید:

این مطالعه رابطه‌ی جدیدی بین فیزیک ذرات و اخترشناسی نشان می‌دهد. اگر ماده‌تاریک حاوی ذرات جدیدی باشد که قبل از مه‌بانگ به‌وجود آمده‌اند؛ بنابراین، بر نحوه‌ی توزیع کهکشان‌ها در آسمان به‌شیوه‌ای منحصربه‌فرد اثر می‌گذارند. این ارتباط برای آشکارکردن هویت این ماده و نیز نتیجه‌گیری درباره‌ی زمان قبل از مه‌بانگ به‌کار گرفته می‌شود.

درباره‌ی منشأ ماده‌تاریک اطلاعات چندانی دراختیار نیست؛ ولی اخترشناسان نقش مهم این ماده را در شکل‌گیری کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی نشان داده‌اند. هرچند ماده‌تاریک به‌طور مستقیم قابل‌مشاهده نیست، دانشمندان ازطریق اثر گرانشی‌ای که بر نحوه‌ی حرکت و توزیع ماده‌ی مرئی در فضا می‌گذارد، به وجود آن پی می‌برند.

ماده‌تاریک

سالیان متمادی دانشمندان گمان می‌کردند ماده‌تاریک باید بقایای ماده‌ی حاصل از مه‌بانگ بوده باشد. پژوهشگران زمانی طولانی به‌دنبال این ماده سپری کردند؛ با‌این‌حال پژوهش‌های تجربی بی‌ثمر بوده است. تنکانن می‌گوید:

اگر ماده‌تاریک به‌واقع باقی‌مانده‌ی مه‌بانگ بوده باشد، بسیاری از پژوهشگران باید تاکنون نشانه‌‌های مستقیمی از ماده‌تاریک را در آزمایش‌های مختلف مربوط به فیزیک ذرات می‌یافتند.

مقاله‌های مرتبط:

• تاریخچه ماده‌تاریک و بررسی آن (بخش اول)
• تاریخچه ماده‌تاریک و بررسی آن (بخش دوم و پایانی)

احتمال اینکه ماده‌تاریک قبل از مه‌بانگ به‌وجود آمده باشد، ازطریق چهارچوب ریاضیاتی ساده‌ای پیشنهاد شد که به دوره‌ی تورم کیهانی مربوط می‌شود. این همان دوره‌ای است که در آن، فضا به‌سرعت در حال انبساط بود. تصور می‌شود این انبساط سریع فضا به تولید نوع خاصی از ذرات به‌ناماسکالرها انجامید. در‌حال‌حاضر، تنها یک ذره‌ی اسکالر کشف شده است که همان ذره‌ی معروف هیگز بوزون است. درادامه تنکانن توضیح می‌دهد:

نمی‌دانیم ماده‌تاریک چیست؛ اما اگر هرگونه ارتباطی با ذرات اسکالری داشته باشد، احتمالا از مه‌بانگ قدیمی‌تر است. با سناریو ریاضیاتی پیشنهادشده، فرض‌کردن انواع جدیدی از برهم‌کنش‌های بین ماده‌ی مرئی و تاریک فراتر از گرانش وجود ندارد و هم‌اکنون می‌دانیم که آن وجود دارد.

با اینکه فرض وجود ماده‌تاریک قبل از مه‌بانگ ایده‌ی جدیدی نیست، نظریه‌های قبلی توانایی پشتیبانی محاسباتی از این ایده را نداشتند. مطالعه‌ی جدید نشان می‌دهد پژوهشگران همیشه به‌طور عمده ساده‌ترین سناریو ریاضیاتی ممکن را برای منشأ ماده‌تاریک نادیده گرفته‌اند. افزون‌براین، مطالعه‌ی جدید روش تازه‌ای برای آزمودن منشأ ماده‌تاریک پیشنهاد می‌کند که در آن ازطریق مشاهده‌ی آثاری که ماده‌تاریک بر توزیع ماده در جهان می‌گذارد، صورت می‌گیرد.

درحالی‌که این نوع از ماده‌تاریک در آزمایش‌های مرتبط با ذرات بسیار دست‌نیافتنی است، می‌تواند حضور خود را در مشاهدات نجومی آشکار کند. به‌زودی با ارسال ماهواره اقلیدس Euclid در سال ۲۰۲۲ به فضا، اطلاعات بیشتری درباره‌ی منشأ ماده‌تاریک به‌دست خواهد آمد. آنچه این ماهواره درزمینه‌ی ماده‌تاریک به‌دست دهد، هیجان‌انگیز خواهد بود؛ به‌ویژه اگر یافته‌های آن به کنکاش در زمان‌های قبل از مه‌بانگ بینجامد.