رصد نشانه‌هایی از ماده تاریک در داده‌های ایستگاه فضایی

با اینکه هنوز برای اظهار نظر زود به نظر می‌رسد، دو مقاله ای که اخیرا منتشر شده اند، نشانه‌هایی از ماده تاریک را در محدوده داده‌های جمع آوری شده در ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) شناسایی کرده‌اند. مدت‌ها است که دانشمندان به دنبال اثری از این ماده هستند.

گویا آی تی – ماده تاریک (Dark Matter) ماده‌ای فرضی است که ۲۶٫۸ درصد از جهان شناخته شده را تشکیل می‌دهد، و مشخص می‌کند که چرا جهان ما سر پا است. برای دهه‌های متعدد، دانشمندان به دنبال شناسایی این ماده بودند، و اکنون ممکن است سرنخی پیدا کرده باشند – دو مطالعه جداگانه که نشان داده‌اند، تعداد ضدپروتون‌هایی که روی ISS جریان دارند، درصورتی که ماده تاریک وجود داشته باشد، منطقی تر به نظر می‌رسند.
در این مقاله ها، هیچ‌کس ادعا نمی‌کند که آن‌ها توانسته اند ماده تاریک را پیدا کنند، بنابراین، هیجان زده نشوید. اما با توجه به اینکه تلاش برای یافتن ماده تاریک آن قدر ناموفق بوده است که دانشمندان به روش‌های دیگری برای توجیه جهان، بدون وجود این ماده فکر می‌کنند، هر گونه مدرکی که وجود این ماده را ثابت کند، بسیار مهم خواهد بود.
محققان ابتدا مفهوم ماده تاریک را پرورش دادند – یک ماده مرموز که با تشعشعات الکترومغناطیس تعاملی ندارد و به همین دلیل برای ما نامرئی محسوب می‌شود – تا عدم تعادل بین مقدار ماده موجود در جهان، و نیروی گرانشی که کهکشان‌های ما را پا برجا نگاه می‌دارد، توضیح دهند.
این عدم تعادل خود را به این صورت نشان می‌دهد که اگر شما به مواد موجود در ستاره‌ها، سیاره‌ها، و گازهای کیهانی در محدوده جهان بیفزایید، هنوز نمی‌توان توضیح داد که چگونه این مقدار گرانش در دنیا وجود دارد، مگر در حالتی که به ماده تاریک معتقد باشید.
علی رغم یافتن شواهدی از تأثیرات فرضی این ماده، هیچ مدرک معتبر دیگری از آن به دست نیامده است. و دانشمندان به دنبال روش‌های جایگزینی برای توضیح این گرانش مضاعف در دنیا هستند.
اما این دو مطالعه اخیر، کمی ما را امیدوار می‌کند.
دو تیم جداگانه، که یکی از آلمان و دیگری از چین و تایوان بوده اند، مقدار ضدپروتون‌های شناسایی شده توسط طیف سنج مغناطیسی آلفا (AMS) را تحلیل کرده اند. این طیف سنج، در ایستگاه فضایی ISS نصب شده است تا تعداد ضدپروتون‌هایی را که روی ایستگاه جریان می‌یابند را بشمارد.
ضد پروتون‌ها، ذرات نظیر پروتون در ضد ماده هستند، و بخش بسیار کوچکی از تابش‌های کیهانی را تشکیل می‌دهند که به طور پیوسته، در فضا در حال جریان است.
این ضد پروتن‌ها، معمولا توسط برخورد بین اشعه‌های کیهانی پرانرژی و گازهای بین ستاره‌ای ایجاد می‌شوند ( ما توانسته ایم این ذرات را در برخورددهنده بزرگ هادرونی LHC)) بسازیم)، اما پیش بینی می شود که این مواد از طریق برخورد ماده تاریک نیز ساخته شود، زمانی که دو ذره از ماده تاریک به یکدیگر برخورد کرده و یکدیگر را می شکافند.
برای اطمینان از صحت این موضوع، دو تیم به طور مستقل، پیش بینی های خود را در مورد تعداد ضدپروتون هایی که انتظار دارند در آزمایش AMS شناسایی شود، در دو حالت مختلف یعنی در حضور ماده تاریک و در غیاب آن، ارائه کردند.
تیم آلمانی بیان کرد که داده‌ها در مورد مدلی که در آن برخورد و تخریب ذرات اتفاق می‌افتد، با دقت بیشتری با هم مطابقت دارند؛ به طور دقیق تر، منظور همان مدلی است که در آن، یک ذره از ماده تاریک به جرم ۸۰ GeV/c^2 وجود داشت.
تیم چینی، از مجموعه فرضیات متفاوتی استفاده کرد، اما نتیجه‌ی یکسانی را به دست آورد. – داده‌های AMS، در صورتی که شما فرض کنید ماده تاریک وجود دارد، منطقی تر به نظر می‌رسند. مدل این تیم، ذره مشابهی از ماده تاریک را با جرمی بین ۴۰ تا ۶۰ Gev/C^2 پیش بینی کرد.
مهم تر آن که، هر دو تیم به طور مستقل نشان دادند که داده‌های آن‌ها، با فرض وجود ماده تاریک، نسبت به حالتی که در آن فرض شده بود ماده تاریک وجود ندارد، بهتر با مدل ها مطابقت داشت.
این واقعیت که دو تیم مستقل، پاسخ یکسانی را برای یک پرسش یافته اند، موفقیت آمیز است، اما هنوز برای تأیید وجود داشتن ماده تاریک، راه درازی را در پیش داریم.
اما، این تحقیق با اثری از ماده تاریک که پیشتر با استفاده از داده‌های AMS، به دست آمده بود، مطابقت دارد – فراوانی پوزیترون‌ها یا الکترون‌ها ی ضد ماده، که در فضا جریان دارند.
برخی از فیزیکدانان تصور می‌کنند این ذرات می‌توانند شاهدی برای وجود ماده تاریک باشند، در حالی که برخی دیگر فکر می‌کنند، فراوانی این ذرات را می‌توان با پدیده‌های فضایی دیگر، نظیر تپ اختر ها توضیح داد.
در سال ۲۰۱۶، محققان انبوهی از تشعشعات پر انرژی را در مرکز راه شیری یافتند، که برخی از فیزیکدانان، آن را به ماده تاریک ارتباط می‌دهند (اگرچه در رابطه با این موضوع از آن زمان تا کنون، به طور مفصل بحث شده است).
دن هوپر، یک متخصص فیزیک نجومی در آزمایشگاه FermiLab، که در این دو مطالعه جدید، نقشی نداشته است، به Emily Conover از Science News گفته است: ” این نتایج مشابه می‌تواند تنها یک تصادف باشد. اما، به هر حال، این موضوع برای من بسیار دلگرم کننده است.”