نفس‌ها در سینه حبس شد؛ 10 ثانیه تا کشف ماده تاریک!

به گزارش تجارت نیوز،

براساس گزارش زومیت، زمانی که ابرنواختر بعدی در نزدیکی ما منفجر شود، هر تلسکوپ پرتو گامایی که در جهت درست قرار گرفته باشد، ممکن است شاهد چیزی فراتر از یک نمایش نوری باشد و به سرعت وجود یکی از امیدوارکننده‌ترین نامزدهای ماده تاریک را تأیید کند.

اخترفیزیکدانان دانشگاه کالیفرنیا پیش‌بینی می‌کنند که در طی ۱۰ ثانیه‌ی اول یک ابرنواختر، ذرات فرضی به نام «اکسیون‌ها» ممکن است به اندازه کافی منتشر شوند تا وجود آن‌ها را در یک چشم برهم زدن ثابت کنند.

باتوجه به اینکه ممکن است سال‌ها طول بکشد تا از طریق روش‌های دیگر به تعداد قانع‌کننده‌ای دست یابیم، شانس شناسایی یک اکسیون در فروپاشی ستاره‌ای نزدیک، مانند برنده‌شدن در لاتاری فیزیک خواهد بود.

البته، چنین تشخیصی نیازمند آن است که ما یک تلسکوپ پرتو گاما داشته باشیم که در زمان مناسب در نزدیکی چنین انفجاری به آن نگاه کند. درحال حاضر این وظیفه به طور کامل بر عهده «تلسکوپ فضایی فرمی» است که شانس آن برای مشاهده این رویداد تنها یک در ۱۰ است.

بنابراین، محققان پیشنهاد می‌کنند که برای چشم‌دوختن به ابرنواخترها ابزاری جدید به نام «گالاکتیک اکسیون» (GALActic AXion) پرتاب شود. این ابزار ناوگانی از ماهواره‌های پرتو گاما است که می‌توانند ۱۰۰ درصد آسمان را در تمام اوقات زیر نظر داشته باشند. تشخیص وجود یا عدم اکسیون‌ها در زمان وقوع ابرنواختر می‌تواند به یک اندازه ارزشمند باشد، اما مشکل اصلی زمان است.

«بنجامین سافدی»، دانشیار فیزیک در دانشگاه کالیفرنیا می‌گوید: «فکر می‌کنم همه‌ی ما در این مقاله نگران هستیم که قبل از اینکه تجهیزات مناسب را داشته باشیم، ابرنواختر بعدی فرا برسد. واقعاً شرم‌آور خواهد بود اگر فردا یک ابرنواختر اتفاق بیفتد و ما فرصت تشخیص اکسیون را از دست بدهیم؛ ممکن است برای ۵۰ سال دیگر چنین چیزی نبینیم.»

نمودار تشکیل و آشکارسازی اکسیون

نموداری از این که چگونه یک ستاره درحال فروپاشی می‌تواند اکسیون‌هایی تولید کند که از طریق برهم‌کنش با میدان مغناطیسی قوی به پرتوهای گاما تبدیل می‌شوند و درنهایت توسط ماهواره‌های تخصصی شناسایی می‌شوند.

اکسیون‌ها برای اولین بار در دهه ۱۹۷۰ به عنوان راه‌حلی بالقوه برای معمای سی‌پی قوی (مشکل عدم تقارن)، فرضیه‌پردازی شدند. پیش‌بینی می‌شود که این ذرات دارای جرمی بسیار اندک، بدون بار الکتریکی و با فراوانی بسیار زیاد در سراسر جهان باشند.

سایر فیزیکدانان بعداً متوجه شدند که برخی از ویژگی‌های اکسیون‌ها مانند نحوه‌ی تجمع و برهم‌کنش با سایر مواد از طریق گرانش – آن‌ها را به کاندیدایی مناسب برای ماده تاریک تبدیل می‌کند. مهم‌تر از همه، یکی از ویژگی‌های پیش‌بینی‌شده می‌تواند شناسایی آن‌ها را امکان‌پذیر کند.

ویژگی تبدیل اکسیون‌ها به فوتون در میدان‌های مغناطیسی قوی، شناسایی آن‌ها را امکان‌پذیر می‌کند

در میدان‌های مغناطیسی قوی، اکسیون‌ها باید گاهی به «فوتون‌ها» واپاشی شوند؛ بنابراین شناسایی نور اضافی در نزدیکی این میدان‌ها می‌تواند نشانه‌ای از وجود اکسیون‌ها باشد. این موضوع پایه‌گذار آزمایش‌های آشکارسازی و مشاهدات نجومی برای دهه‌ها بوده و به دانشمندان امکان می‌دهد تا دامنه‌ی جرمی را که اکسیون‌ها ممکن است داشته باشند، کاهش دهند.

«ستاره‌های نوترونی» یکی از امیدوارکننده‌ترین مکان‌ها برای جستجوی اکسیون‌ها هستند. فیزیک طوفانی این اجرام باید مقادیر زیادی اکسیون تولید کند و حتی بهتر اینکه میدان‌های مغناطیسی قوی باید برخی از آن‌ها را به فوتون‌های قابل شناسایی تبدیل کند.

در مقاله جدید، تیم دانشگاه کالیفرنیا در برکلی محاسبه کرده است که بهترین زمان برای یافتن اکسیون‌ها در اطراف یک ستاره نوترونی ممکن است در زمان تولد آن باشد؛ زمانی که ستاره‌ای عظیم به درطول رویداد ابرنواختر منفجر می‌شود. شبیه‌سازی‌های جدید نشان می‌دهند که انفجاری از اکسیون‌ها در طی ۱۰ ثانیه اول پس از فروپاشی ستاره تولید خواهد شد و انفجار پرتو گامای حاصل می‌تواند جزئیات زیادی را فاش کند.

تیم محاسبه کرده است که نوع خاصی از اکسیون، به نام اکسیون کرومودینامیک کوانتومی (QCD)، اگر جرمی بالاتر از ۵۰ میکرو الکترون ولت (یک ده‌میلیاردم جرم یک الکترون) داشته باشد، با این روش قابل شناسایی خواهد بود. اگر اکسیون‌ها واقعاً وجود داشته باشند، ممکن است یکی از مفیدترین ذرات کوچک کشف شده باشند. به‌طور هم‌زمان، آنها می‌توانند به ما کمک کنند تا معماهای ماده تاریک، مشکل سی‌پی قوی، «نظریه ریسمان» و عدم تعادل ماده/ضدماده را حل کنیم.

فرضیه‌ی آماده آزمایش است؛ حالا فقط باید منتظر بمانیم تا ابرنواختر بعدی در نزدیکی ما رخ دهد. این اتفاق ممکن است امروز بیفتد یا در دهه‌ای دیگر و اگر فرمی (Fermi) به بخش مناسبی از آسمان نگاه کند، می‌توانیم برخی از عمیق‌ترین سوالات علمی را در عرض چند ثانیه پاسخ دهیم.

سافدی می‌گوید: «بهترین سناریو برای اکسیون‌ها این است که فرمی یک ابرنواختر را مشاهده کند. احتمال آن کم است. اما اگر فرمی آن را ببیند، می‌توانیم جرم اکسیون و قدرت برهم‌کنش آن را اندازه‌گیری کنیم. می‌توانیم همه چیزهایی را که باید درباره اکسیون بدانیم تعیین کنیم و به سیگنال اعتماد فوق‌العاده‌ای داشته باشیم؛ زیرا هیچ ماده‌ای معمولی وجود ندارد که بتواند چنین رویدادی ایجاد کند.»