ستاره‌های سرد و تاریک که در کیهان کمین کرده‌اند

بیگ بنگ: اجرام عجیب و غریب ستاره‌مانندی که مانند اتم‌های غول‌پیکر ِ واحد عمل می‌کنند، در سراسر کیهان پنهان شده‌اند، و پژوهشگران برای اولین‌بار نشان دادند که این ستارگان کوانتومی عجیب چگونه شکل می‌گیرند.

Universeبه گزارش بیگ بنگ، اگر این اجرام وجود داشته باشند، می‌توانند به توضیح مادۀ تاریک کمک کند، ماده تاریک هیچ نوری ساتع نمی‌کند و با این حال ۲۷٪ از کیهان را تشکیل داده است. این ستارگان تاریک و سرد می‌توانند ناشی از انفجارهای روشن و سریع ِ کیهانی باشند که اخترشناسان را متعجب کرده و حتی تفکر در مورد تمدن‌های بیگانه را بیشتر می‌کند.

برخلاف ستارگان منظم، این ستاره‌های به اصطلاح «اکسیون» (اگر وجود داشته باشند)، درخشش ندارند. آنها تاریک هستند زیرا از ذراتی فرضی به نام اکسیون، که گزینۀ اصلی ماده تاریک است، ساخته شده‌اند. نظریه‌های مختلف پیش‌بینی می‌کنند که اکسیون‌ها طیف وسیعی از جرم‌ها دارند، اما به طور کلی انتظار می‌رود که بسیار سبک باشند- شاید به اندازۀ ده به توان ۳۱ برابر سبک‌تر از یک پروتون باشند.

ستاره‌های سرد و تاریک

اکسیون‌ها، اگر وجود داشته باشند، به سختی با یکدیگر تعامل می‌کنند؛ اما اگر گرانش بتواند آنها را با هم هماهنگ کند، می‌توانند کرۀ متراکمی با خواص عجیب و غریب، شکل دهد که بر خلاف خواص دیگر انواع ستارگان میباشد. بدین دلیل که اکسیون‌ها بوزون هستند. بوزون گروهی از ذرات است که شامل ذرات نور یا فوتون‌ها می‌باشد.

در فیزیک کوانتومی، ذرات مقادیر گسسته‌ای از انرژی دارند، یعنی ذرات در سطوح خاصی از انرژی وجود دارند. در بوزون‌ها، ذرات متعدد می‌توانند همزمان در یک سطح از انرژی باشند، برخلاف گروه متفاوتی از ذرات به نام فرمیون که شامل الکترون‌ها و پروتون‌ها است. در ستارۀ اکسیونی- یا به طور کلی‌تر، در ستارۀ بوزونی- هر اکسیون در پایین‌ترین سطح انرژی است، یعنی کل ستاره رفتار کوانتومی مشابهی خواهد داشت، به گونه‌ای که گویی یک ذره واحد غول‌پیکر است.

چنین جرم عجیب و غریبی، چگالش بوز- اینشتین هم نامیده می‌شود، که نوعی از ماده است که فیزیکدانان در آزمایشگاه‌های روی زمین، با سرد کردن اتم‌ها تا دمای نزدیک به صفر مطلق، آن را می‌سازند. در آزمایشگاه، این میعانات می‌توانند سوپرفلوئیدها، که بدون اصطکاک جریان دارند، را نیز تشکیل دهند. به گفتۀ یکی از نویسندگان این مطالعه، درمیتی لوکوف، فیزیکدان مؤسسه تحقیقات هسته‌ای آکادمی علوم روسیه، قبلاً برخی از دانشمندان گفته‌اند که گرانش بین اکسیون‌های سبک‌وزن آنقدر ضعیف است که نمی‌تواند ذرات را در یک ستاره احاطه کند.

تشکیل ستاره در فقدان زمان

اما شبیه‌سازی‌های کامپیوتری جدید، نشان می‌دهد که در واقع ستاره‌های اکسیونی می‌توانند با توجه به جرم آکسیون، کاملاً براحتی تشکیل شوند. تشکیل شدن ستارۀ اکسیونی مشتکل از اکسیون‌های نسبتاً سنگین، به نام اکسیون QCD، یک میلیارد سال طول می‌کشد. (از نظر برخی فیزیکدانان، اکسیون QCD گزینۀ مطلوبی برای ماده تاریک است، زیرا می‌تواند رازی مربوط به نیرویی قوی که هسته‌های اتمی را در کنار یکدیگر نگه می‌دارد، را حل کند.)

dark photonلوکوف گفت: «برای تشکیل شدن ستارۀ اکسیونی با اکسیون‌های سبک- تقریباً ۱۰۰ هیزا میلیارد بار سبک‌تر از آکسیون QCD، که «ماده تاریک فازی» نامیده می‌شود- فقط ۱۰ میلیون سال زمان لازم است.» بوپال دو، فیزیکدان دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، که در این تحقیق همکاری داشت، گفت: «واقعاً جالب است که اگر زمان به اندازۀ کافی باشد- و آن زمان کمتر از سن کیهان است- تنها گرانش می‌تواند به تشکیل چگالش بوز- اینشتین به شما کمک کند.»

به گفته لوکوف، شبیه‌سازی‌های قبلی با مقادیر کوچکتری از چگالش بوز- اینشتین آغاز شده بود، که سپس از طریق گرانش به یکدیگر متصل شدند تا ستاره‌های آکسیونی را تشکیل دهند. اما در شبیه‌سازی‌های جدید، محققان کار خود را با گازی از اکسیون‌ها شروع کردند و دریافتند که ستاره به خودی خود تشکیل شده است. لوکوف گفت: «وقتی ستارۀ بوز- اینشتین را دیدیم خیلی خوشحال و هیجان‌زده شدیم.» با گذشت زمان، چنین ستاره‌ای می‌تواند به انباشتن اکسیون‌ها ادامه دهد و بزرگ شود.

سباستین باوم، فیزیکدان دانشگاه استکهلم سوئد گفت: « کار خوبی است. این گام مهمی در درک قضیۀ چنین اجرامی، و به طور کلی ماده تاریک اکسیون، است. اگر ماده تاریک در این ستاره‌ها وجود داشته باشد، آن وقت اکسیون‌ها ممکن است در هرجای دیگری نادرتر باشند- و بنابراین یافتن آنها روی زمین با استفاده از آشکارسازهایی مانند آزمایش ماده تاریک آکسیون در دانشگاه واشنگتن در سیاتل، دشوارتر است.»

ستاره‌های آکسیونی خودشان می‌توانند سیگنال‌های قابل تشخیصی را نیز تولید کنند. اکسیون‌ها می‌توانند به فوتون‌ها تجزیه شوند؛ و مجموعه‌ای از واکنش‌های ذره‌ای یک ستارۀ اکسیونی می‌تواند تابش قابل تشخیصی تولید کند. و اگر ستاره اکسیونی به ستارۀ نوترونی برخورد کند، این برخورد می‌تواند انفجارهای قدرتمندی از تابش رادیویی- فرکانسی را ایجاد کند- که به طور بالقوه انفجارهای رادیویی سریع مرموزی که اخترشناسان را بهت‌زده کرده را توضیح می‌دهد. در طول چند سال گذشته، اخترشناسان ده‌ها سیگنال رادیویی کیهانی قوی از منشأ ناشناخته‌ای شناسایی کرده‌اند که موجب توضیحات فراوانی شده است، از جمله این احتمال که پرتوها از تمدن‌های بیگانه آمده‌اند. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Physical Review Letters منتشر شده است.

ترجمه: زهرا جهانبانی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: livescience.com

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *