این اجرام فرضی که تقریباً عمری جاودانه دارند، با فرآیند نابودی (برهمکنش) ماده تاریک انرژی میگیرند. هرچند بسیار کمنورند، اما شاید بتوانیم راهی برای شناسایی آنها پیدا کنیم.
ماده تاریک انتظار میرود سراسر کیهان را پر کرده باشد، اما چون… خب، تاریک است، یافتنش دشوار است. این ماده نه نور تابش میکند و نه بازتاب، و تنها از طریق اثر گرانشیاش بر ماده معمولی شناسایی میشود. تاکنون هیچ شاهد مستقیمی برای وجودش پیدا نشده، با وجود دههها جستوجو.
اکنون گروهی از اخترفیزیکدانان در بریتانیا و آمریکا مکان جدیدی را برای یافتن ماده تاریک پیشنهاد دادهاند: درون کوتولههای قهوهای.
کوتولههای قهوهای از سیارات گازی بزرگترند اما از ستارگان کوچکتر؛ آنها هرگز بهاندازه کافی جرم ندارند که فرآیند همجوشی هستهای —که ستارگان را روشن میکند— را آغاز کنند. در نتیجه بهصورت اجرام سرد، تاریک و سرگردان در فضا باقی میمانند.
اما به گفتهی این مطالعهی جدید، در برخی موارد، این کوتولههای قهوهای ممکن است به چیزی شگفتانگیزتر تبدیل شوند. در مناطقی از فضا که ماده تاریک متراکمتر است، این ماده میتواند در هستهی کوتولههای قهوهای تجمع یابد. اگر ماده تاریک از نوع خاصی باشد، ذراتش میتوانند با یکدیگر واکنش دهند و انرژی تولید کنند — و این انرژی میتواند کوتولهی قهوهای را روشن نگه دارد.
گروه پژوهشی این اجرام فرضی را «کوتولههای تاریک» (Dark Dwarfs) نامیدهاند.
به گفتهی جرمی ساکستین، اخترفیزیکدان دانشگاه هاوایی:
«این اجرام ماده تاریکی را به دام میاندازند که باعث میشود به کوتولهی تاریک تبدیل شوند. هرچه ماده تاریک بیشتری در اطراف باشد، مقدار بیشتری جذب میشود — و در نتیجه انرژی بیشتری از نابودی ذرات آن آزاد میگردد.»
هر فرضیهای تنها زمانی ارزشمند است که بتوان آن را آزمود. پژوهشگران راهی برای شناسایی کوتولههای تاریک پیشنهاد دادهاند: بررسی وجود ایزوتوپ لیتیوم-۷.
این ایزوتوپ بهدلیل گرمای زیاد ستارگان معمولاً بهسرعت از بین میرود. اما در اجرام سردتری مانند کوتولههای قهوهای، لیتیوم-۷ باقی میماند. اخترشناسان همین ویژگی را بهعنوان نشانهای برای تشخیص کوتولههای قهوهای به کار میبرند.
با این حال، اگر یک کوتولهی قهوهای انرژی اضافهای از ماده تاریک دریافت کند، ممکن است از یک کوتولهی سرخ معمولی بزرگتر و درخشانتر به نظر برسد. پس اگر جرمی را بیابیم که مثل یک کوتولهی سرخ است اما رد لیتیوم-۷ در آن دیده میشود، شاید با یک کوتولهی تاریک روبهرو شده باشیم — و این میتواند تأییدی برای وجود ماده تاریک باشد.
البته هنوز همهچیز در حد «اگر» باقیست. مثلاً برای چنین پدیدهای، ماده تاریک باید شکلی خاص داشته باشد: ذرات سنگین با برهمکنش ضعیف (WIMPs)، که از نامزدهای اصلی ماده تاریک هستند. این ذرات با ماده معمولی تقریباً تعامل ندارند، جز از راه گرانش، اما میتوانند با یکدیگر واکنش نشان دهند.
WIMPs احتمالاً پادذرهی خودشان نیز هستند؛ یعنی اگر دو ذره از این نوع به هم برسند، در یک انفجار کوچک، یکدیگر را نابود کرده و انرژی آزاد میکنند.
اگر این ذرات درون هستهی یک کوتولهی قهوهای بهصورت متراکم جمع شوند، انرژی حاصل از واکنشهای آنها میتواند آن جرم را تغذیه کند. نه در حد یک ستاره، اما بسیار بیش از یک کوتولهی قهوهای معمولی.
از آنجا که این فرآیند باعث حفظ اندازه، دما و روشنایی ثابت در کوتولههای تاریک میشود، پژوهشگران معتقدند که این اجرام میتوانند عمری بسیار طولانی داشته باشند — تقریباً جاودانه.
البته اگر ماده تاریک از نوعی دیگر باشد، مانند «اکسیونها» یا «فوتونهای تاریک»، دیگر از بیرون نمیتوان تشخیص داد که آیا درون کوتولههای قهوهای انباشته شده یا نه.
و البته، هنوز مشخص نیست که اصلاً ماده تاریک وجود دارد یا نه — شاید تمام اثراتی که به آن نسبت دادهایم، درواقع ناشی از نوعی فیزیک ناشناختهی دیگر باشد.
با این حال، ارائهی ایدههای مختلف دربارهی ماهیت ماده تاریک و نحوهی آشکارسازی آن بسیار مهم است. رصدخانهها و آزمایشهای گوناگون میتوانند نشانههای احتمالی متفاوتی از ماده تاریک را بررسی کنند، و همین تنوع دیدگاهها راه را برای کشف بهتر باز میکند.
در این مورد، پژوهشگران میگویند که بهترین مکان برای جستوجوی نشانههای کوتولههای تاریک، مرکز کهکشان ماست؛ جایی که چگالی ماده تاریک بیشترین مقدار را دارد.
این پژوهش در پایگاه پیشچاپ arXiv منتشر شده و قرار است در نشریهی کیهانشناسی و فیزیک ذرات بنیادی (Journal of Cosmology and Astroparticle Physics) به چاپ برسد.