اختصاصی دیدبان شمال:
به گزارش دیدبان شمال از اینترستینگ انجینیرینگ، ستارهشناسان دههها با جستجوی نوری که وجود ندارد، به دنبال ماده تاریک بودهاند – و این استراتژی عمدتاً شکست خورده است.
اکنون، تیمی از محققان چیزی کاملاً متفاوت را امتحان کردهاند. آنها به جای جستجو در آسمان، به خودِ زمان گوش دادند. دانشمندان با مطالعه تغییرات کوچک در ریتم تپاخترهای دوردست، نشانههایی را گزارش میدهند که نشان میدهد یک جسم عظیم و نامرئی بیسروصدا در نزدیکی گوشه ما از کهکشان راه شیری در حال حرکت است.
نویسندگان این مطالعه خاطرنشان میکنند: «با استفاده از شتابهای تپاخترها، ما برای اولین بار ویژگیهای یک زیرهاله ماده تاریک در کهکشان را شناسایی و محدود میکنیم.».
اگر این توضیح درست باشد، این قویترین اشارهای است که تاکنون به تشکیل تودههای فشرده توسط ماده تاریک شده است – و اینکه یکی از آنها ممکن است به اندازه کافی نزدیک باشد که بر ستارگان تأثیر بگذارد، بدون اینکه هرگز حضور خود را آشکار کند.
تبدیل لغزشهای زمانی کوچک به سرنخی از ماده تاریک
محققان به جای تلاش برای دیدن ماده تاریک، سوال سادهتری پرسیدند: آیا چیزی سنگین در نزدیکی ما وجود دارد، حتی اگر نامرئی باشد؟ برای پاسخ به این سوال، آنها به تپاخترها تکیه کردند که مانند کرونومترهای کیهانی رفتار میکنند.
این اجرام به سرعت میچرخند و با ثبات شگفتانگیزی، پرتوهای رادیویی ساطع میکنند. در شرایط عادی، فاصله بین این پرتوها به ندرت تغییر میکند. این تیم بر روی یک چیدمان بسیار مفید تمرکز کرد – یک تپاختر که در مدار یک ستاره همراه قفل شده است.
حرکت چنین جفتی، بسیار شبیه به مسیر قابل پیشبینی سیارات به دور خورشید، به خوبی درک شده است. اگر هیچ چیز دیگری تداخل نداشته باشد، زمانبندی سیگنالهای تپاختر باید تقریباً به طور کامل با این حرکت مورد انتظار مطابقت داشته باشد.
با این حال، هنگامی که دانشمندان دادههای زمانی سالها را بررسی کردند، دریافتند که چیزی کاملاً با هم جور در نمیآید. سیگنالهای تپاختر، جابجاییهای جزئی را نشان میدادند که نشان میداد سیستم در یک جهت کشیده میشود. این اثر بسیار کوچک، اما سازگار بود – نوعی الگو که به جای نویز تصادفی، به گرانش اشاره دارد.
برای بررسی اینکه آیا ماده معمولی میتواند مسئول باشد، محققان منطقه اطراف را برای یافتن هر چیز قابل مشاهدهای که ممکن است چنین کششی اعمال کند، جستجو کردند. آنها نقشههای دقیق ستارگان را بررسی کردند و به دنبال ابرهای گازی گشتند، اما چیزی که بتواند این اختلال را توضیح دهد، پیدا نکردند. از آنجایی که هیچ جسم معمولی در دیدرس نبود، توضیح باقی مانده، تمرکز نامرئی جرم بود.
با تخمین اینکه این کشش چقدر باید قوی باشد تا باعث تغییرات زمانی مشاهده شده شود، تیم نتیجه گرفت که این جسم پنهان باید دهها میلیون برابر سنگینتر از خورشید باشد.
این جرم برای تعلق به یک ستاره یا خوشه کوچک بسیار بزرگ است، با این حال با پیشبینیهای نظری برای یک زیرهاله ماده تاریک مطابقت دارد – تودهای فشرده از ماده تاریک که بیصدا در کهکشان راه شیری حرکت میکند، آنقدر نزدیک که میتواند بر تپاخترهای نزدیک تأثیر بگذارد، بدون اینکه هرگز خود را قابل مشاهده کند.
نقشهبرداری از نامرئیها تنها با استفاده از گرانش
در صورت تأیید، این یافته میتواند نقطه عطفی در نحوه مطالعه ماده تاریک توسط دانشمندان باشد. به جای تکیه بر برخوردهای کهکشانی دوردست یا رویدادهای نادر عدسی گرانشی، ستارهشناسان ممکن است بتوانند ماده تاریک را با استفاده از تپاخترها به عنوان حسگرهای گرانشی فوقالعاده حساس پراکنده در سراسر کهکشان، در فاصله بسیار نزدیکتری بررسی کنند.
با گذشت زمان، این رویکرد میتواند به نقشهبرداری از ساختار پنهان کهکشان راه شیری کمک کند و ایدههای رقیب در مورد جنس ماده تاریک را بیازماید.
نویسندگان این مطالعه گفتند: «مطالعه ما اثباتی از اصل برای کاوش زیرهالههای کمجرم نزدیک ارائه میدهد و پیامدهایی در بسیاری از زمینههای اخترفیزیک دارد – از درک ماهیت ماده تاریک گرفته تا تشکیل کهکشان».
با این حال، نکات مهمی در مورد این یافتهها وجود دارد. دوتاییهای تپاختری نادر هستند و اثرات زمانبندی ظریف گاهی اوقات میتوانند از فرآیندهای اخترفیزیکیِ بهخوبی شناختهشده ناشی شوند.
بنابراین، مشاهدات و سیگنالهای مستقل بیشتری مورد نیاز است تا دانشمندان بتوانند با اطمینان بگویند که یک زیرهاله ماده تاریک شناسایی شده است.
نویسندگان این مطالعه افزودند: «با افزایش تعداد و دقت اندازهگیریهای مستقیم شتاب، محدودیتهای دقیقتری در مورد زیرساختار ماده تاریک در کهکشان خود به دست خواهیم آورد.».
