کشف اسرار ماده تاریک در یک جنگل کیهانی!

به گزارش گروه دانش و فناوری، یکی از ویژگی‌های جذب نور توسط هیدروژن اطراف کهکشان‌های اولیه می‌تواند به عنوان یک کاوشگر جدید برای کشف اسرار ماده تاریک و چگونگی تأثیر آن بر تکامل جهان در دوران تاریکی کیهان استفاده شود.

دانشمندان مدت‌هاست این نظریه را مطرح کرده‌اند که ماده تاریک، نقش بزرگی در شکل‌گیری کهکشان‌های اولیه داشته است اما از آنجا که ماده تاریک با نور تعامل ندارد، ماهیت آن ناشناخته باقی مانده است. این بدان معناست که نقش دقیق ماده تاریک در آغاز شکل‌گیری کهکشان‌ها، مانند یک معما در مدل‌های کیهانی باقی می‌ماند.

دانشمندان «دانشگاه نورث‌ایسترن»(NEU) چین و «رصدخانه ملی نجوم چین»(NAOC) برای بررسی این معما، یک کاوشگر جدید را برای پی بردن به ماهیت ماده تاریک و شکل‌گیری اولیه کهکشان‌ها پیشنهاد کرده‌اند.

یکی از راه‌های ممکن برای بررسی ذراتی که ماده تاریک را تشکیل می‌دهند، مطالعه ساختارهای مقیاس کوچک در جهان بوده است. مشکل زمانی پیش می‌آید که تلاش برای انجام دادن این کار باید در دوره‌ای به نام «سپیده‌دم کیهانی» صورت بگیرد که حدود ۳۸۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ و زمانی بود که اولین ستاره‌ها تازه متولد شده بودند. بنابراین، منابع نوری کمی برای پی بردن به این دوران باستانی توسط ستاره‌شناسان وجود داشت.

در آن دوران، اتم‌هایی وجود داشتتند که به شکل گازی متشکل از سبک‌ترین عنصر شیمیایی یعنی هیدروژن بودند. هیدروژن مانند همه عناصر، نور را در طول موج‌های مشخصی جذب می‌کند و ردپای خود را روی نور عبور کرده از آن به جا می‌گذارد.

جستجوی ماده تاریک در یک جنگل کیهانی

گاز هیدروژن اتمی در داخل و اطراف ساختارهای کوچکی که در دوره سپیده‌دم کیهانی وجود داشتند، خطوطی را به اندازه ۲۱ سانتی‌متر در محدوده رادیویی طیف الکترومغناطیسی ایجاد می‌کند. این خطوط که در مجموع «جنگل ۲۱ سانتی‌متری» نامیده می‌شوند، بیش از ۲۰ سال است که به عنوان کاوشگر بالقوه دمای گاز و ماده تاریک در دوره سپیده‌دم کیهانی پیشنهاد شده‌اند.

این فقط در حد یک مفهوم نظری باقی مانده است زیرا نور از این دوران حدود ۱۳.۴ میلیارد سال در سفر بوده تا به ما برسد. نور در طول مسیر، انرژی خود را از دست داده، طول موج آن کشیده شده و فرکانس آن کاهش یافته است. این ویژگی‌ها آن را به سمت پایین طیف الکترومغناطیسی و فروسرخ حرکت داده‌اند.

هر چه منبع نور دورتر باشد، فرآیند «انتقال به سرخ» شدیدتر است. در غیاب نور ستارگان، استفاده از جنگل ۲۱ سانتی‌متری به عنوان یک کاوشگر ماده تاریک، مستلزم دیدن منابعی مانند اختروش‌ها در سپیده‌دم کیهانی و انتقال به سرخ بالا است اما سیگنال‌های چنین منابع رادیویی در این دوره ضعیف هستند و شناسایی آنها دشوار است.

در هر حال، ممکن است این وضعیت در شرف تغییر باشد زیرا اخیرا نه تنها تعدادی از اختروش‌های رادیویی با انتقال به سرخ بالا کشف شده‌اند، بلکه ساخت بزرگترین تلسکوپ رادیویی جهان یعنی «آرایه کیلومتر مربعی»(SKA) در دسامبر ۲۰۲۲ در استرالیا و آفریقای جنوبی آغاز شد و این تلسکوپ به زودی چشم رادیویی حساس خود را به روی کیهان باز خواهد کرد. این نشان می‌دهد که شناسایی و استفاده از جنگل ۲۱ سانتی‌متری ممکن است به زودی امکان‌پذیر باشد.

این کار می‌تواند به پژوهشگران کمک کند تا بین مدل ماده تاریک سرد جهان با ذرات بزرگ ماده تاریک که در مقایسه با سرعت نور به کندی حرکت می‌کنند و مدل ماده تاریک گرم با ذرات سبک‌تر و سریع‌تر ماده تاریک تمایز قائل شوند.

«ییدونگ ژو»(Yidong Xu) پژوهشگر رصدخانه ملی نجوم چین و از پژوهشگران این پروژه گفت: با بررسی طیف قدرت یک‌بعدی جنگل ۲۱ سانتی‌متری، نه تنها می‌توانیم کاوشگر را با افزایش حساسیت عملی کنیم، بلکه راهی را برای تشخیص دادن اثر مدل‌های ماده تاریک گرم و فرآیند گرمایش اولیه خواهیم داشت. بدین ترتیب، ما قادر خواهیم بود تا با یک تیر دو نشان بزنیم.

این پژوهش، در مجله «Nature Astronomy» به چاپ رسید.

انتهای پیام