کشف شواهدی از وجود ماده تاریک در اطراف سیاه‌چاله‌ها

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما؛ دانشمندان احتمالا برای اولین بار شواهدی غیرمستقیم از مقدار زیادی ماده تاریک نامرئی را در اطراف سیاه‌چاله‌ها پیدا کرده‌اند. این کشف در صورت تأیید می‌تواند پیشرفت بزرگی در پژوهش‌های ماده تاریک باشد.

ماده تاریک نزدیک به ۸۵ درصد از کل ماده‌ی موجود در جهان را تشکیل می‌دهد، اما برای ستاره‌شناسان تقریبا نامرئی است. دلیل این مسئله هم این است که ماده تاریک برخلاف ماده‌ی تشکیل‌دهنده‌ی ستاره‌ها، سیاره‌ها و اجرام معمولی، با نور برهم‌کنشی ندارد و نمی‌توان آن را به صورت مستقیم رصد کرد.

خوشبختانه، ماده تاریک دارای برهم‌کنش گرانشی است و پژوهشگر‌ها با رصد آثار گرانشی بر ماده‌ی معمولی به وجود آن پی می‌برند. به گزارش لایو ساینس، گروهی از دانشمندان دانشگاه هنگ کنگ (EdUHK) در پژوهشی جدید از ستاره‌های مدار سیاه‌چاله‌ها در منظومه‌های دوتایی به عنوان واسطه‌ای برای رصد ماده‌ی تاریک استفاده کردند.

تصویرسازی سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم که با یک قرص برافزایشی مشتعل و دیواری از غبار کیهانی احاطه شده است. ماده‌ی تاریک نامرئی ممکن است در اطراف غول‌های کیهانی مثل این سیاه‌چاله وجود داشته باشد.

بر اساس مشاهدات، سرعت مدار ستاره‌های A۰۶۲۰-۰۰ و XTE J۱۱۱۸+۴۸۰، تقریبا یک میلی ثانیه به ازای هر سال حرکت در اطراف سیاه‌چاله‌های همراهشان کاهش می‌یابد. پژوهشگر‌ها به این نتیجه رسیدند که کاهش سرعت، حاصل ماده‌ی تاریک اطراف سیاه‌چاله‌ها است که باعث ایجاد اصطکاکی قابل توجه و کشش ستاره‌ها در حین حرکت در مدار این سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم می‌شود.

پژوهشگر‌ها با استفاده از شبیه‌سازی‌های منظومه‌های سیاه‌چاله‌ای، یک مدل پذیرفته‌شده‌ی کیهانی به نام مدل اصطکاک دینامیک ماده‌ی تاریک را اعمال کردند. این مدل، اتلاف گشتاور اجرامی را پیش‌بینی می‌کند که از نظر گرانشی با ماده‌ی تاریک برهم‌کنش دارند. بر اساس شبیه‌سازی‌ها، نسبت زوال مداری دیده‌شده ۵۰ برابر بیشتر از تخمین‌های تئوری (سالانه ۰٫۲ میلی ثانیه) برای منظومه‌های دوتایی فاقد ماده‌ی تاریک است. به گفته‌ی چان مان هو، سرپرست گروه و استاد بخش علوم و پژوهش‌های محیطی در EdUHK این اولین پژوهشی است که مدل اصطکاک داینامیک را برای ارزیابی و اثبات وجود ماده‌ی تاریک اطراف سیاه‌چاله‌ها اعمال می‌کند.
-
نتایج پژوهش که ۳۰ ژانویه در مجله‌ی Astrophysical منتشر شد، به تأیید نظریه‌ای دیرینه در کیهان‌شناسی کمک می‌کند که بر اساس آن، سیاه‌چاله‌ها می‌توانند ماده‌ی تاریک مجاورت خود را ببلعند. به این ترتیب ماده‌ی تاریک مجدداً در اطراف سیاه‌چاله‌ها توزیع می‌شود و تراکم آن در مجاورت سیاه‌چاله افزایش می‌یابد به طوری که می‌تواند بر مدار اجرام اطراف تأثیر بگذارد.

چان همچنین توضیح داد که تلاش‌های گذشته برای بررسی ماده‌ی تاریک اطراف سیاه‌چاله‌ها مبتنی بر انتشار نور پرانرژی به شکل پرتو‌های گاما یا نوسان‌هایی در فضا موسوم به امواج گرانشی بودند. این پرتو‌ها حاصل برخورد و ادغام سیاه‌چاله‌ها هستند؛ رویدادی نادر در جهان که می‌تواند مدت‌ها ستاره‌شناسان را برای جمع‌آوری داده‌های کافی معطل کند.

پژوهش جدید، روشی نوین را برای بررسی ماده‌ی تاریک توزیع‌شده در اطراف سیاه‌چاله‌ها به دانشمندان می‌دهد. گروه EdUHK به دنبال شکار منظومه‌های دوتایی سیاه‌چاله‌ای برای پژوهش‌های آینده‌ی خود هستند. چان می‌گوید، این مطالعه مسیر مهمی را برای پژوهش‌های آینده‌ی ماده‌ی تاریک فراهم می‌کند. تنها در کهکشان راه شیری حداقل ۱۸ منظومه‌ی دوتایی وجود دارند که می‌توانند سوژه‌های پژوهش ما باشند و اطلاعاتی غنی را فراهم کنند که راز ماده‌ی تاریک را آشکار می‌کنند.