برای سالهای طولانی، دانشمندان میدانستند که نیرویی نامرئی در سراسر جهان هستی وجود دارد که ساختار کیهان را کنار هم نگه میدارد، اما ماهیت دقیق این نیرو ناشناخته باقی مانده بود. بعدها مشخص شد که این پدیده همان «ماده تاریک» است؛ نوعی ماده اسرارآمیز که حدود ۸۵ درصد از کل ماده موجود در جهان را تشکیل میدهد، اما بهطور مستقیم قابل مشاهده نیست. دانشمندان تنها از طریق اثرات گرانشی آن بر ستارگان، کهکشانها و ساختارهای کیهانی قادر به شناسایی حضورش هستند.
در مدل استانداردی که دههها مورد قبول جامعه علمی بود، ماده تاریک بهصورت «سرد و منزوی» توصیف میشد. در این مدل که به آن Cold Dark Matter یا ماده تاریک سرد گفته میشود، ذرات ماده تاریک تقریباً هیچ برهمکنشی با یکدیگر ندارند. به بیان ساده، این ذرات فقط تحت تأثیر نیروی گرانش حرکت میکنند و هنگام عبور از کنار هم، هیچ برخورد یا واکنش قابلتوجهی میان آنها رخ نمیدهد. این نظریه برای مدت طولانی توانست بسیاری از ساختارهای بزرگ کیهانی را توضیح دهد و به همین دلیل به مدل غالب در کیهانشناسی تبدیل شد.
اما با گذشت زمان و پیشرفت ابزارهای رصدی، دانشمندان با چند مشکل مهم کیهانشناسی روبهرو شدند که مدل سنتی ماده تاریک سرد قادر به توضیح کامل آنها نبود. در حقیقت، دستکم سه معمای بزرگ در مقیاسهای مختلف کیهانی باعث شدهاند پژوهشگران به این فکر بیفتند که شاید ماده تاریک پیچیدهتر از چیزی باشد که قبلاً تصور میکردند.
اکنون مقالهای جدید که در نشریه علمی معتبر Physical Review Letters منتشر شده، دیدگاه متفاوتی را مطرح میکند. این پژوهش از مدلی به نام «ماده تاریک خودبرهمکنشگر» یا Self-Interacting Dark Matter که به اختصار SIDM نامیده میشود، حمایت میکند. برخلاف مدل سنتی، در این نظریه ذرات ماده تاریک میتوانند با یکدیگر برخورد و تعامل داشته باشند.
طبق این مدل جدید، ذرات ماده تاریک نهتنها از کنار هم عبور میکنند، بلکه در شرایط خاص میتوانند انرژی مبادله کنند و حتی ساختارهای فشرده و متراکمی ایجاد نمایند. این تعاملات باعث پدیدهای به نام «فروریزش گرماگرانشی» یا Gravothermal Collapse میشود. این پدیده زمانی رخ میدهد که انرژی از هاله ماده تاریک به بیرون منتقل شود و در نتیجه هسته داخلی آن گرمتر و متراکمتر شود.
در مدل ماده تاریک سرد سنتی، ایجاد چنین هستههای متراکمی تقریباً غیرممکن بود، زیرا ذرات ماده تاریک با یکدیگر واکنش نداشتند. اما در مدل SIDM، همین برخوردها و تعاملات داخلی باعث میشود ماده تاریک بتواند به شکل تودههای چگال و فشرده درآید.
پژوهشگران در این مطالعه توضیح دادهاند که این تودههای ماده تاریک خودبرهمکنشگر میتوانند جرمی معادل حدود یک میلیون برابر جرم خورشید داشته باشند. چنین ساختارهای عظیمی اگرچه نامرئی هستند، اما اثرات گرانشی بسیار قدرتمندی بر محیط اطراف خود میگذارند و همین اثرات به دانشمندان اجازه میدهد حضور آنها را شناسایی کنند.
یکی از مهمترین بخشهای این تحقیق، بررسی سه سامانه اخترفیزیکی متفاوت بوده است که رفتارهای گرانشی غیرعادی از خود نشان دادهاند. دانشمندان معتقدند این رفتارها را میتوان با وجود تودههای متراکم SIDM توضیح داد.
نخستین مورد، سامانهای موسوم به JVAS B1938+۶۶۶ است که در آن پدیده «همگرایی گرانشی» یا Gravitational Lensing مشاهده شده است. در این پدیده، جرم بسیار زیاد یک جسم فضایی باعث خم شدن نور اجرام پشت سر خود میشود؛ درست مانند یک عدسی کیهانی. رفتار غیرمعمول مشاهدهشده در این سامانه نشان میدهد که احتمالاً تودهای نامرئی اما بسیار متراکم از ماده تاریک در آن وجود دارد.
دومین مورد به جریان ستارهای GD-۱ مربوط میشود. این جریان ستارهای در واقع رشتهای طولانی از ستارگان است که در کهکشان راه شیری کشیده شدهاند. دانشمندان در این ساختار نوعی «زخم» یا شکاف عجیب مشاهده کردهاند؛ ناحیهای که به نظر میرسد چیزی نامرئی از میان آن عبور کرده و ساختار آن را برهم زده است. یکی از توضیحهای احتمالی برای این پدیده، عبور یک توده فشرده از ماده تاریک خودبرهمکنشگر است.
سومین نمونه مورد بررسی، خوشه ستارهای Fornax ۶ است که در یک کهکشان کوتوله قرار دارد. رفتار گرانشی این خوشه نیز با مدلهای سنتی ماده تاریک بهخوبی توضیح داده نمیشود، اما وجود تودههای SIDM میتواند توضیح منطقیتری برای آن ارائه دهد.
نکته مهم در این پژوهش آن است که هر سه سامانه، باوجود تفاوتهای بسیار زیاد در مقیاس و ساختار، نشانههایی مشابه از رفتار ماده تاریک خودبرهمکنشگر را نشان میدهند. این شباهت باعث شده دانشمندان احتمال دهند که مکانیزم SIDM واقعاً در سراسر جهان هستی فعال باشد و تنها یک فرضیه نظری نباشد.
اگر این نظریه در آینده با شواهد بیشتری تأیید شود، میتواند تحول بزرگی در درک بشر از جهان ایجاد کند. ماده تاریک یکی از بزرگترین رازهای علم مدرن است و تاکنون هیچکس نتوانسته آن را بهطور مستقیم مشاهده کند. اما اکنون مدل SIDM ممکن است سرنخهای تازهای درباره ماهیت واقعی این ماده اسرارآمیز ارائه دهد.
دانشمندان معتقدند که درک صحیح ماده تاریک نهتنها برای فهم ساختار کهکشانها اهمیت دارد، بلکه میتواند پاسخ بسیاری از پرسشهای بنیادی درباره شکلگیری جهان، تحول کیهان و حتی سرنوشت نهایی آن را روشن کند.
در حقیقت، این پژوهش نشان میدهد که شاید جهان بسیار پیچیدهتر از چیزی باشد که مدلهای سنتی تصور میکردند. ماده تاریک ممکن است تنها یک ماده خاموش و غیرفعال نباشد، بلکه شبکهای پویا و فعال از ذرات نامرئی باشد که از طریق تعاملات پیچیده، ساختارهای عظیم کیهانی را شکل میدهند.
به همین دلیل، برخی دانشمندان SIDM را نه فقط یک مدل جدید، بلکه یکی از مهمترین سرنخها برای کشف پنهانترین راز جهان میدانند؛ رازی که ممکن است در نهایت دیدگاه بشر نسبت به کل کیهان را تغییر دهد.
