6 دقیقه
ماده تاریک فوقسنگین و فروپاشی سیارهای
مادهٔ تاریک تقریباً ۸۵٪ از جرم مادهٔ جهان را تشکیل می‌دهد، اما ترکیب آن همچنان یکی از بزرگ‌ترین اسرار اخترفیزیک مدرن است. یک مطالعهٔ نظری جدید یکی از مسیرهای ممکن برای آشکارسازی ماهیت مادهٔ تاریک را پیشنهاد می‌کند: در شرایط خاص، ذرات مادهٔ تاریک فوقسنگین که فرآیند نابودی-خودی ندارند میتوانند در داخل سیارات غولپیکر گازی تجمع یابند، در نزدیکی هستهٔ آن‌ها متمرکز شوند و در نهایت به سیاهچالههای کوچک فروپاشند. اگر این ایده به‌صورت رصدی تأیید شود، وجود سیاهچالههایی با جرم سیارهای شاهد قوی‌ای بر وجود جزءی پرجرم و غیرقابل‌نابودسازی از مادهٔ تاریک خواهد بود.
این سناریو مبتنی بر نامزد خاصی برای مادهٔ تاریک است که معمولاً به‌عنوان «مادهٔ تاریک فوقسنگین غیرقابلنابودی» شناخته می‌شود. بر خلاف بسیاری از مدلهای ذره‌ای که در آن‌ها ذرات مادهٔ تاریک پادذرهٔ خود هستند و هنگام تماس نابود میشوند، این کلاس از ذرات در تعاملات بلندمدت باقی می‌مانند و به‌تدریج درون سیارات به تجمع‌هایی با جرم کافی برای فروپاشی گرانشی تبدیل میشوند. به‌گفتهٔ پژوهشگران UC Riverside که این ایده را مطرح کرده‌اند، هسته‌های چگال مادهٔ تاریک میتوانند به آستانه‌ای برسند که در آن فروپاشی گرانشی یک سیاهچاله با جرم مشابه سیارهٔ اولیه را تولید کند.
مکانیزم: گرفتار شدن، فرو رفتن، تمرکز و فروپاشی
چگونه مادهٔ تاریک توسط سیارات گرفتار می‌شود
سیارات غولپیکر چاه‌های گرانشی گسترده و پوشش‌های گازی ضخیمی دارند که آن‌ها را در جذب ذرات مادهٔ تاریک کارآمد می‌کند. وقتی ذرهٔ مادهٔ تاریک از داخل یک سیاره می‌گذرد، برخوردهای نادر با مادهٔ معمولی میتواند انرژی جنبشی کافی را از ذره بگیرد تا آن ذره به‌صورت گرانشی بسته شود. طی میلیون‌ها تا میلیاردها سال، ذرات گرفتار شده با برخوردهای بیشتر انرژی از دست می‌دهند و به سمت هستهٔ سیاره مهاجرت می‌کنند، جایی که افزایش چگالی آن‌ها را متمرکز می‌سازد.
از تجمع تا شکل‌گیری سیاهچاله
اگر ذرات مادهٔ تاریک بسیار پرجرم باشند و نابود نشوند، تمرکز مرکزی آن‌ها میتواند بدون حد افزایش یابد. هنگامی که هستهٔ خودگرانشی مادهٔ تاریک به چگالی یا جرم بحرانی برسد، ممکن است زیر فشار گرانشی خود فرو بریزد و یک میکروسیاهچاله شکل گیرد. در یک غول گازی، این سیاهچاله میتواند مادهٔ اطراف را جذب کرده و احتمالاً رشد کند تا کل سیاره را ببلعد، و در نتیجه سیاه‌چاله‌ای با جرم همان سیارهٔ پیشین به‌وجود آید. پژوهشگران تأکید می‌کنند که این مسیر اختصاصی برای مدل مادهٔ تاریک فوقسنگین و غیرقابلنابودی است.
نشانه‌های رصدی و راهبردهای جست‌وجو
شناسایی یک سیاهچاله با جرم سیارهای با فناوری کنونی فوق‌العاده دشوار است. برای مقایسه، سیاه‌چاله‌ای با جرم مشتری افق رویدادی‌ای در حدود ۵.۶ متر خواهد داشت، که برای تصویربرداری مستقیم در فواصل بین‌ستاره‌ای بسیار کوچک است. با این حال، چند روش غیرمستقیم میتواند وجود آن‌ها را آشکار کند:
- میکرلنزینگ گرانشی: عبور یک سیاه‌چالهٔ به جرم سیاره میان زمین و یک ستارهٔ پسزمینه تقویت نور و منحنی نوری ویژه‌ای تولید می‌کند که شبیه سیگنال یک سیاره است، اما فاقد نشر الکترومغناطیسی مورد انتظار از یک جهان گازی خواهد بود.
- دینامیک مداری و ناهنجاریهای گذر: نبود سیگنال فروسرخ یا نوری در محلِ جایی که جرم سنگینی از طریق اثرات گرانشی آشکار شده است میتواند نشان دهد که جسم هیچ تابش حرارتی ندارد؛ وضعیتی که با یک سیاهچاله سازگارتر است تا با یک غول گازی.
- نظرسنجی‌های جمعیت اجرام فشرده: اگر نظرسنجی‌ها جمعیت غیرمنتظره‌ای از اجرام ایزوله با جرم سیارهای را در نواحی با چگالی بالای مادهٔ تاریک، مانند مرکز کهکشان، بیابند، این نتیجه از سناریوهای شکل‌گیری القاشده توسط مادهٔ تاریک حمایت می‌کند.
نویسندگان پیشنهاد می‌کنند که باید نظرسنجی‌های فراخورشیدی و کمپین‌های میکرلنزینگ را در مناطق غنی از مادهٔ تاریک در اولویت قرار داد تا احتمال کشف این رویدادهای نادر افزایش یابد.
چالش‌های فناوری و نظری
ابزارهای کنونی در اغلب موارد برای تفکیک یک سیاه‌چالهٔ سرد و فشرده از یک سیارهٔ تاریک و غیرپرتوافکن بهینه نیستند. میکرلنزینگ با کادانس بالا، نظرسنجی‌های فروسرخ عمیق‌تر و پایش آستروومتریک دقیقتر میتواند حساسیت ما را به اجرام فشرده با جرم سیارهای افزایش دهد. از منظر نظری نیز، مدلسازی چگونگی جذب ماده توسط یک سیاه‌چالهٔ نوظهور در داخل ساختارهای سیارهای مختلف همچنان حوزه‌ای فعال برای شبیه‌سازی و توسعهٔ نظری است.
دیدگاه کارشناسان
دکتر لینا اورتگا، اخترفیزیک‌دانی متخصص در آشکارسازی اجرام فشرده، می‌گوید: «ایدهٔ اینکه مادهٔ تاریک میتواند تبدیل به بذر شکل‌گیری سیاه‌چاله‌ها در داخل غول‌های گازی شود، تحریک‌کننده و قابل آزمایش است. این مفهوم فیزیک ذرات را مستقیماً به جمعیت‌های اخترفیزیکی قابل رصد پیوند می‌دهد. اگرچه موانع رصدی قابل توجه‌اند، مأموریت‌های میکرلنزینگ آینده و آسترومتری دقیقتر در دههٔ آینده امکان محدودسازی این مدل را فراهم خواهند کرد.»
پروفسور مهرداد فروتَن-مهر و همکارش تارا فترولف از UC Riverside اشاره می‌کنند که فهرست‌های سیارات فراخورشیدی، به‌ویژه آن‌هایی که بر مرکز کهکشان و دیگر محیط‌های با چگالی بالای مادهٔ تاریک متمرکزند، میتوانند اهرم آماری لازم برای آزمون این پیش‌بینی‌ها را فراهم سازند. آن‌ها تأکید می‌کنند که حتی نتایج منفی نیز میتوانند به‌طور معناداری خواص مادهٔ تاریک را محدود کنند.
نتیجه‌گیری
این پیشنهاد که مادهٔ تاریک فوقسنگین و غیرقابلنابودی ممکن است سیارات غولپیکر فراخورشیدی را به سیاهچالههایی با جرم سیارهای تبدیل کند، یک مسیر مشخص و اخترفیزیکی برای کاوش فیزیک مادهٔ تاریک ارائه می‌دهد. هرچند کشف چنین پدیده‌هایی از نظر فنی چالش‌برانگیز است، نظرسنجی‌های هدفمند—به‌ویژه کمپین‌های میکرلنزینگ و پایش آستروومتریک دقیق در مناطق غنی از مادهٔ تاریک—میتوانند نشانه‌های متمایزی را آشکار کنند. چه با کشف و چه با محدودسازی، مشاهدات سیارات فراخورشیدی میتوانند درک ما از مادهٔ تاریک و نقش آن در شکل‌دادن جمعیت اجرام فشرده در سراسر کهکشان را تیزتر کنند.
منبع: journals.aps
.avif)
نظرات