کشف منشأ ماده تاریک در بخش نامرئی کیهان

جی پلاس، به نقل از فیز، هاله‌های کوچک ماده تاریک که در سراسر کیهان پراکنده شده‌اند، می‌توانند به عنوان کاوشگرهای بسیار حساس میدان‌های مغناطیسی اولیه عمل کنند. این موضوع در یک مطالعه نظری مطرح شده که در موسسه «مدرسه بین‌المللی پژوهش‌های پیشرفته»(SISSA) در ایتالیا انجام شده است. میدان‌های مغناطیسی در مقیاس‌های بسیار بزرگ در همه جای کیهان یافت می‌شوند. با وجود این، منشأ آنها هنوز هم موضوع بحث بین پژوهشگران است.

یک احتمال جالب این است که منشأ میدان‌های مغناطیسی به نزدیکی زمان تولد کیهان برمی‌گردد؛ یعنی آنها میدان‌های مغناطیسی اولیه هستند. پژوهشگران در این پروژه نشان دادند که اگر میدان‌های مغناطیسی واقعا اولیه باشند، می‌توانند به افزایش اغتشاشات چگالی ماده تاریک در مقیاس‌های کوچک منجر شوند. اثر نهایی این فرآیند، تشکیل شدن هاله‌های کوچکی از ماده تاریک است که در صورت شناسایی شدن، ماهیت اولیه میدان‌های مغناطیسی را نشان می‌دهند. بنابراین، بخش نامرئی کیهان ما می‌تواند در حل کردن ماهیت یک مولفه مرئی سودمند باشد.

شکل‌گیری میدان‌های مغناطیسی

«پرانجال رالگانکار»(Pranjal Ralegankar) از پژوهشگران این پروژه گفت: میدان‌های مغناطیسی در همه جای کیهان وجود دارند. یک نظریه احتمالی در مورد شکل گیری آنها نشان می‌دهد میدان‌های مغناطیسی که تاکنون مشاهده شده‌اند، می‌توانند در مراحل اولیه جهان ما تولید شده باشند. در هر حال، این فرضیه فاقد توضیح در مدل استاندارد فیزیک است. برای روشن کردن این جنبه و یافتن راهی برای تشخیص دادن میدان‌های مغناطیسی اولیه، روشی را پیشنهاد می‌کنیم که می‌توان آن را به عنوان روش غیر مستقیم تعریف کرد. روش ما براساس این پرسش است که تأثیر میدان‌های مغناطیسی بر ماده تاریک چیست.

مشخص است که هیچ تعامل مستقیمی وجود ندارد. براساس توضیحات رالگانکار، هنوز یک مورد غیر مستقیم وجود دارد که از طریق گرانش رخ می‌دهد.

مسافرانی از کیهان اولیه

میدان‌های مغناطیسی اولیه می‌توانند اختلالات چگالی الکترون‌ها و پروتون‌ها را در جهان اولیه افزایش دهند. وقتی اختلالات خیلی بزرگ می‌شوند، خود میدان‌های مغناطیسی را تحت تأثیر قرار می‌دهند. پیامد این امر، سرکوب شدن نوسانات در مقیاس کوچک است.

رالگانکار توضیح داد: در این پژوهش، ما یک پدیده غیرمنتظره را نشان می‌دهیم. افزایش چگالی ماده «باریون» به طور گرانشی باعث افزایش آشفتگی‌های ماده تاریک بدون امکان لغو بعدی می‌شود. این امر به فروپاشی آنها در مقیاس‌های کوچک منجر می‌شود و هاله‌های کوچکی از ماده تاریک را تولید می‌کند.

به گفته رالگانکار، نتیجه این است که اگرچه نوسانات چگالی باریون لغو می‌شوند اما از طریق هاله‌های کوچک، ردپایی را از خود به جا می‌گذارند.

رالگانکار اضافه کرد: این یافته‌های نظری نشان می‌دهند که فراوانی هاله‌های کوچک نه با حضور میدان‌های مغناطیسی اولیه، بلکه با قدرت آنها در جهان اولیه تعیین می‌شود. بنابراین، تشخیص دادن هاله‌های کوچک ماده تاریک این فرضیه را تقویت می‌کند که میدان‌های مغناطیسی خیلی زود، حتی شاید در عرض یک ثانیه پس از «انفجار بزرگ» تشکیل شده‌اند.

این پژوهش در مجله «Physical Review Letters» به چاپ رسید.