در لحظات اولیه و آشفته پس از انفجار بزرگ، موجهای فضا-زمان ممکن است کاری بیش از پژواک در کیهان انجام داده باشند؛ آنها میتوانستند به ایجاد خود «ماده تاریک» کمک کنند.
به گزارش خبرنگار دیدهبان علم ایران، تحقیقات جدید نشان میدهد که امواج گرانشی ضعیف و باستانی ممکن است به ذراتی تبدیل شده باشند که در نهایت به ماده نامرئی شکل دهنده کهکشانهای امروزی تبدیل شدهاند.
مطالعه جدید پروفسور یواخیم کوپ از دانشگاه یوهانس گوتنبرگ ماینتس (JGU) و دکتر آزاده ملکنژاد از دانشگاه سوانزی که نتایج آن در مجله Physical Review Letters منتشر شده، محاسبات جدیدی را ارائه میکند که به فرایندی تاکنون ناشناخته اشاره دارند؛ فرایندی که در آن امواج گرانشی تصادفی (Stochastic Gravitational Waves) میتوانند به پیدایش ماده تاریک منجر شوند.
ماده مرئی از جمله سیارات، ستارگان و حیات روی زمین تنها حدود چهار درصد از جهان را تشکیل میدهد و بیشتر کیهان از ماده تاریک و انرژی تاریک تشکیل شده که دیده نمیشود. ماده تاریک به تنهایی حدود ۲۳ درصد از جهان را تشکیل میدهد.
مشاهدات نشان میدهد که ماده تاریک در سراسر فضا پخش شده و کهکشانها و بزرگترین ساختارهای کیهانی را شکل میدهد. با وجود تأثیر عظیم آن، دانشمندان هنوز نمیدانند ماده تاریک از چه چیزی ساخته شده است. نظریهها و آزمایشهای بیشماری برای کشف ماهیت واقعی آن در حال انجام است.
امواج گرانشی و مسیری جدید برای تشکیل ذرات
امواج گرانشی، موجهایی در فضا-زمان هستند که توسط برخی از پرانرژیترین رویدادهای جهان، مانند برخورد بین سیاهچالهها یا ستارههای نوترونی تولید میشوند. با این حال، همه امواج گرانشی از چنین رویدادهای چشمگیری ناشی نمیشوند. نوع متفاوتی، که به عنوان امواج گرانشی تصادفی شناخته میشود، از طیف وسیعی از فرآیندهایی ناشی میشود که شامل اشیاء عظیم نمیشوند.
این امواج بسیار ضعیفتر هستند و بخشی از سیگنال پسزمینهای را تشکیل میدهند که جهان را پر میکند. بسیاری از آنها بسیار باستانی هستند و قدمت آنها به اولین مراحل پس از انفجار بزرگ برمیگردد. آنها ممکن است در لحظات کلیدی تاریخ کیهانی، از جمله گذارهای فازی هنگام خنک شدن جهان یا از میدانهای مغناطیسی اولیه، تولید شده باشند.
کوپ توضیح داد: “در این مقاله، ما احتمال تبدیل جزئی امواج گرانشی – که گمان میرود در جهان اولیه فراگیر بودهاند – به ذرات ماده تاریک را بررسی میکنیم. این مساله منجر به مکانیسم جدیدی برای تولید ماده تاریک میشود که قبلاً مورد تحقیق قرار نگرفته است.»
تصویری که مراحل تکامل جهان ما و مراحلی را که امواج گرانشی تصادفی در آن شکل میگیرند، تجسم میکند. اعتبار: آزاده ملک نژاد، دانشگاه سوانسی
از امواج کیهان اولیه تا ذرات ماده تاریک
این مطالعه نشان میدهد که این امواج گرانشی اولیه میتوانستند فرمیونهایی را تولید کنند که در ابتدا جرم کمی داشتند یا اصلاً جرمی نداشتند. فرمیونها دسته وسیعی از ذرات هستند که شامل نمونههای آشنایی مانند الکترونها، پروتونها و نوترونها میشوند. به گفته محققان، این فرمیونهای اولیه ممکن است بعداً جرم پیدا کرده و به ذرات ماده تاریک که امروزه وجود دارند، تکامل یافته باشند.
کوپ گفت: «گام بعدی در توسعه این خط تحقیقاتی، فراتر رفتن از تخمینهای تحلیلی و انجام محاسبات عددی برای بهبود دقت پیشبینیهای ما است. راه دیگر برای تحقیقات آینده، بررسی اثرات احتمالی بیشتر امواج گرانشی در کیهان اولیه است. یک مثال برای این میتواند مکانیسمی باشد که بتواند تفاوت شناخته شده در ذرات و پادذرات تولید شده را توضیح دهد.»
آزاده ملکنژاد که دانش آموخته دکتری رشته فیزیک نظری از دانشگاه الزهرا است در سال ۱۳۹۵ به دلیل تحقیقاتش در زمینه «میدانهای پیمانهای و کیهان شناسی عالم اولیه» رتبه دوم بخش پژوهش های بنیادی را در جشنواره جوان خوارزمی سال ۱۳۹۵ کسب کرد.
وی در این تحقیقات برای اولین بار به مطالعه اثر میدانهای پیمانهای غیرآبلی (non-Abelian) در فیزیک عالم اولیه پرداخته و نشان داده بود که بر خلاف تصور موجود، میدانهای پیمانهای میتوانند بدون بر هم زدن همسانگردی فضایی، در فیزیک کیهان اولیه سهم داشته و اثرات مشاهدهپذیری در تابش زمینه کیهانی و ساختارهای کیهانی بگذارند. از این میان میتوان به تولید امواج گرانشی قطبیده و شکست تقارن پاریته در تابش زمینه کیهانی اشاره کرد.
این طرح به دلیل اهمیت نظری و مشاهداتی، توجه بسیاری از پژوهشگران جهان را به خود جلب کرده است و زاویای دیگر آن نیز مطالعه و بررسی شده است.
ملک نژاد در حال حاضر مدرس ارشد فیزیک در دانشگاه سوانزی و پژوهشگر دانشگاه انجمن سلطنتی است.
وی به عنوان یک فیزیکدان نظری که تحقیقاتش در تقاطع کیهانشناسی، فیزیک ذرات و گرانش است به بررسی فیزیک جهان اولیه از طریق نظریه میدان کوانتومی در فضازمان خمیده، با تأکید ویژه بر تولید عدم تقارن ماده-ضدماده، تشکیل ساختارهای بزرگمقیاس و نشانههای امواج گرانشی میپردازد.
انتهای پیام