در یکی از تازه‌ترین تلاش‌ها برای رمزگشایی از ماهیت ماده تاریک، دو پژوهش جدید از دانشگاه کالیفرنیا، سانتاکروز، به بررسی سناریوهایی پرداخته‌اند که می‌توانند منشأ این ماده مرموز را توضیح دهند؛ ماده‌ای که حدود ۸۰ درصد جرم کل جهان را تشکیل می‌دهد و نقش کلیدی در انسجام کهکشان‌ها و ساختار کیهانی ایفا می‌کند.
با وجود شواهد غیرقابل انکار از وجود ماده تاریک، ماهیت ذره‌ای آن همچنان ناشناخته باقی مانده است. استفانو پروفومو، فیزیک‌دان نظری و استاد دانشگاه سانتاکروز، در دو مقاله علمی منتشرشده در نشریه معتبر Physical Review D، به بررسی دو فرضیه متفاوت پرداخته که هر دو بر پایه فیزیک شناخته‌شده بنا شده‌اند و می‌توانند مسیر تازه‌ای در فهم این پدیده کیهانی باز کنند.
جهان آینه‌ای؛ خانه‌ای پنهان برای ماده تاریک؟
در نخستین مقاله، پروفومو فرضیه‌ای را مطرح می‌کند که ماده تاریک ممکن است در یک بخش پنهان از کیهان شکل گرفته باشد؛ بخشی که با عنوان «جهان آینه‌ای» شناخته می‌شود. این جهان فرضی، اگرچه برای انسان‌ها نامرئی است، اما قوانین فیزیکی مشابه جهان ما بر آن حکم‌فرماست.
ایده جهان آینه‌ای از نظریه کرومودینامیک کوانتومی الهام گرفته شده است؛ نظریه‌ای که نحوه اتصال کوارک‌ها درون پروتون‌ها و نوترون‌ها را توضیح می‌دهد. در این مدل، نیروی قوی هسته‌ای در بخش تاریک نیز وجود دارد و باعث می‌شود ذرات تاریک با یکدیگر ترکیب شده و ساختارهایی سنگین به نام «باریون‌های تاریک» بسازند.
در شرایط خاصی از کیهان اولیه، این باریون‌ها می‌توانند آن‌قدر متراکم شوند که تحت تأثیر گرانش خود فروبریزند و اجرامی شبیه سیاه‌چاله‌های اولیه ایجاد کنند. اگر تعداد کافی از این اجرام تولید شده باشد، می‌توانند منشأ تمام ماده تاریک مشاهده‌شده در جهان امروز باشند. این ذرات تنها از طریق گرانش اثر می‌گذارند و به همین دلیل در آشکارسازهای ذره‌ای قابل شناسایی نیستند، اما حضورشان در مقیاس کیهانی قابل‌تشخیص است.
ماده تاریک از افق کیهان؛ سناریویی الهام‌گرفته از سیاه‌چاله‌ها
در مقاله دوم، پروفومو به بررسی فرضیه‌ای می‌پردازد که ماده تاریک ممکن است از افق کیهان، مشابه افق رویداد سیاه‌چاله‌ها، در دوران اولیه جهان پدید آمده باشد. این سناریو بر اساس نظریه میدان‌های کوانتومی در فضا-زمان خمیده بنا شده و نشان می‌دهد که در دوره‌ای کوتاه از انبساط شتاب‌دار کیهان، امکان تولید ذرات پایدار ماده تاریک از طریق گرانش وجود داشته است.
نکته قابل‌توجه در این مدل آن است که نیازی به فرض برهم‌کنش مستقیم ماده تاریک با ماده معمولی نیست؛ تنها کافی است که این ذرات پایدار باشند و از طریق گرانش تولید شوند. این ایده از پدیده‌ای الهام گرفته شده که در نزدیکی افق‌های کیهانی رخ می‌دهد، جایی که اثرات کوانتومی باعث ظهور پرتوهای حرارتی می‌شوند.
عبور از مدل‌های سنتی؛ نگاهی نو به منشأ ماده تاریک
پروفومو تأکید می‌کند که هر دو سناریو پیشنهادی، اگرچه گمانه‌زنانه هستند، اما چارچوب‌هایی محاسبه‌پذیر و مستقل از مدل‌های متعارف ماده تاریک ارائه می‌دهند. مدل‌هایی که با توجه به نتایج منفی آزمایش‌های آشکارسازی، بیش از پیش زیر سؤال رفته‌اند.
او می‌گوید: «این پژوهش‌ها تلاشی برای پیوند دادن عمیق‌ترین پرسش‌های فیزیک ذرات با رفتار بزرگ‌مقیاس کیهان هستند؛ مسیری که می‌تواند ما را به درک بهتر از منشأ ماده تاریک و ساختار جهان هستی نزدیک‌تر کند.»
با این رویکردهای نوین، امید می‌رود که در آینده‌ای نه‌چندان دور، پرده از راز ۱۳ میلیارد ساله ماده تاریک برداشته شود و یکی از بزرگ‌ترین معماهای فیزیک مدرن به پاسخ برسد.
سینا علیپور
او دانشجوی رشته مهندسی کامپیوتر در مقطع کارشناسی است و فعالیت حرفه‌ای خود را در عرصه رسانه از سال ۱۳۹۸ با یک بلاگ شخصی در حوزه فناوری آغاز کرده است. وی پس از مدتی به عنوان نویسنده آزاد در مجله‌های آنلاین تکنولوژی فعالیت کرد و در حال حاضر، دبیر سرویس نقد و بررسی گجت‌های هوشمند در یک مجله معتبر تکنولوژی است.
