فیزیکدانان کُد جدیدی را برای کاوش حیات پنهان ماده تاریک کشف کردند!

ماده تاریک برای تقریباً صد سال یکی از بزرگترین رازهای کیهان‌شناسی باقی مانده است؛ ماده‌ای که جهان را شکل می‌دهد اما نامرئی و ضعیف فهمیده شده است. مطالعه جدیدی از محققان در مؤسسه پریمتر (Perimeter Institute) اکنون ابزار محاسباتی‌ای را معرفی می‌کند که برای ردیابی تکامل یک کاندیدای خاص ماده تاریک، معروف به هاله‌های ماده تاریک خودبرهم‌کنش‌گر (Self-Interacting Dark Matter halos)، طراحی شده است. تصور می‌شود که این ساختارهای عظیم میزبان کهکشان‌هایی مانند راه شیری هستند.

این مطالعه که در مجله Physical Review Letters منتشر شده است، توانایی دانشمندان را برای کاوش در مورد چگونگی تأثیر انواع مختلف برهم‌کنش‌های ذرات ماده تاریک بر رشد و رفتار ساختارهای کیهانی در طول زمان گسترش می‌دهد.

ماده تاریک خودبرهم‌کنش‌گر با توانایی ذراتش در برخورد با یکدیگر تعریف می‌شود، در حالی‌که همچنان برای ماده معمولی باریونی، از جمله پروتون‌ها، نوترون‌ها و الکترون‌ها، عملاً نامرئی باقی می‌ماند. این رفتار پیامدهای مهمی برای هاله‌های ماده تاریک دارد، که بسیاری از نظریه‌پردازان معتقدند در فرایندهایی که کهکشان‌ها را شکل می‌دهند و شکل‌گیری ستاره‌ها را آغاز می‌کنند، نقشی محوری دارند.

جیمز گوریان، محقق فوق‌دکتری در مؤسسه پریمتر، می‌گوید:

ماده تاریک توده‌های نسبتاً پراکنده‌ای را تشکیل می‌دهد که هنوز هم بسیار متراکم‌تر از چگالی متوسط جهان هستند. کهکشان راه شیری و سایر کهکشان‌ها در این هاله‌های ماده تاریک زندگی می‌کنند.

فروپاشی گرانشی-گرمایی (Gravothermal Collapse) و تکامل هاله

تکامل هاله‌های ماده تاریک خودبرهم‌کنش‌گر توسط پدیده‌ای معروف به فروپاشی گرانشی-گرمایی هدایت می‌شود. این فرآیند از یک خاصیت خلاف شهود گرانش ناشی می‌شود، جایی‌که سامانه‌هایی که توسط گرانش به هم متصل شده‌اند، به جای خنک‌تر شدن، هنگام از دست دادن انرژی گرم‌تر می‌شوند.

از آنجایی‌که ماده تاریک خودبرهم‌کنش‌گر می‌تواند انرژی را از طریق برخوردهای ذرات حمل کند، این انرژی به تدریج در درون یک هاله به سمت بیرون جریان می‌یابد. در نتیجه، ناحیه مرکزی به طور فزاینده‌ای داغ و متراکم می‌شود و تغییرات بیشتری را در ساختار هاله در طول زمان به دنبال دارد.

برای نقشه‌برداری از ساختارهایی که توسط ماده تاریک خودبرهم‌کنش‌گر تشکیل می‌شوند، دانشمندان معمولاً از یک رویکرد برای زمانی که ماده تاریک کم‌چگالی‌تر با برخوردهای نامکرر است، و رویکردی متفاوت برای ماده تاریک متراکم‌تر با برخوردهای مکررتر استفاده می‌کنند – اما فاقد یک رویکرد نقشه‌برداری برای مشخصه‌های بینابینی بودند. گوریان و همکارش سایمون می، محقق فوق‌دکتری سابق پریمتر، کدی به نام KISS-SIDM را توسعه دادند که سریع‌تر و دقیق‌تر از کدهای قبلی است و به صورت عمومی برای استفاده محققان در دسترس است.

پیامدها برای شکل‌گیری سیاه‌چاله

درک فرآیند فروپاشی هسته همچنین فیزیکدانان را مجذوب می‌کند زیرا می‌تواند پیامدهای قابل مشاهده‌ای برای شکل‌گیری سیاه‌چاله داشته باشد. اما جزئیات اینکه این فرآیند چگونه به پایان می‌رسد یک سؤال باز در فیزیک است و این کد گامی در جهت پاسخ به آن است.

گوریان می‌گوید:

سؤال اساسی این است که نقطه پایانی نهایی این فروپاشی چیست؟ این همان کاری است که ما واقعاً می‌خواهیم انجام دهیم – مطالعه فاز پس از تشکیل یک سیاه‌چاله.

منبع: Scitechdaily