ماده تاریک و شکل‌گیری ستارگان بوز

ماده تاریک در اعماق گردوغباری که کوچک‌ترین کهکشان‌ها را محاصره می‌کند، در حال انباشته‌شدن به‌صورت قطره‌ها و ذرات سردی به‌نام ستاره‌های بوز می‌تواند باشد. البته، دانشمندان حتی نمی‌دانند که این ماده تاریک مرموز و مبهم چیست؛ چه برسد به آنکه شواهدی از ستارگان نامرئی داشته باشند. اگر فرض‌های کنونیِ مطرح‌شده درست باشند، برطبق مدل ریاضی جدید، ماده تاریک ممکن است تعاملات عجیبی داشته باشد.

این مدل را گروهی از فیزیکدانان روسی پیشنهاد داده‌اند. آن‌ها نحوه‌ی انباشته‌شدن ذرات فرضی ماده تاریک را در کوچک‌ترین هاله‌های کهکشانی درنظرگرفتند. دیمیتری لوکوو، از فیزیکدانان مؤسسه‌ی پژوهش هسته‌ای آکادمی علوم روسیه است. در کار پژوهشی آن‌ها، حرکت گاز کوانتومی نور شبیه‌سازی می‌شود که به‌صورت گرانشی با ذرات ماده تاریک برهم‌کنش دارد.

حدود ۸۰درصد جرم کیهان، از ماده‌ای ساخته شده که شناسایی‌کردنی نیست. این ماده هرچه باشد، ازطریق کانال‌های معمول با ماده‌ی معمولی برهم‌کنشی ندارد؛ مثلاً، تبادل فوتون ازطریق میدان‌ الکترومغناطیسی انجام نمی‌شود. تنها عاملی که دانشمندان را به وجود این ماده سوق می‌دهد، جاذبه‌ای است که به تجمع کهکشان‌ها اضافه می‌کند. این فشار گرانشی نامرئی در جزئیات نقشه‌برداری شده است و اطلاعات مهمی درباره‌ی ماهیت آن به‌دست می‌دهد.

باتوجه‌به وابستگی و پیوستگی صریح ماده تاریک به کهکشان‌ها، می‌توان حدس زد که سرعت عوامل سازنده‌ی ماده تاریک، به‌اندازه‌ای سریع نیست که بتوانند به منافذ فضا وارد شوند. ازاین‌رو، نسبتاً کُند حرکت می‌کنند.

یکی از ذرات سازنده‌ی ماده تاریکِ کُند، ذره‌ای فرضی به نام اکسیون است. اکسیون نوعی بوزون است و به‌عنوان راه‌حلی برای یکی دیگر از متناقض‌نماهای مبهم در فیزیک کوانتومی ارائه می‌شود.

ذره‌ی دیگر، ماده‌ تاریک فازی است. ماده تاریک فازی نوعی دیگر از بوزون است و برای حل یکی از معماهای مطرح در اخترفیزیک به‌کار می‌رود. این معما به توزیع ماده تاریک در هاله‌های کهکشانی مربوط است.

هیچ‌کدام از این بوزون‌های قراردادی مشاهده نشده‌اند. اگر حداقل یکی از آن‌ها واقعی باشد، در بعضی شرایط، نتایج حیرت‌آوری از آن‌ها حاصل می‌شود. نویسندگان اظهار می‌کنند این اولین مدلی است که در شکل‌گیری چگالش بوز-اینشتین ماده تاریک، به انرژی جنبشی توجه می‌کند.

چگالش بوز-اینشتین تجمع ناشناخته‌ی ذرات کوانتومی است. وقتی دما تا نزدیکی‌های صفر مطلق افت می‌کند، ذرات از ادغام‌شدن خودداری می‌کنند و به این ترتیب هویت‌های فردی خود را ازدست می‌دهند تا ذرات بسیار شبیه به‌هم شوند.

اگر بوزون‌ها درست همانند آنچه انباشته شوند که در کهکشانی نوپا انباشته می‌شوند، چه اتفاقی می‌افتد؟ در این حالت، بوزون‌ها با توده‌ای انباشته از بوزون‌هایی آغاز می‌کنند که باهم برهم‌کنش دارند. لوکوو در گفت‌وگوی خود خبر داد کار آن‌ها از حالت ویریالیزه‌شده با بیشینه‌ی مقدار ادغام‌شدگی آغاز می‌شود. این امر تا حدودی با چگالش بوز-اینشتین در تعارض است. پس از مدتی طولانی، ۱۰۰هزار برابر زمان لازم برای عبور یک ذره از حجم شبیه‌سازی ذره‌ی چگالش خودبه‌خودی تشکیل می‌شود. دراین‌صورت، ذره‌ی متأثر از گرانش سریعاً خودش را به قطره‌ی کروی تبدیل می‌کند. این قطره‌ی کروی شکل‌گرفته، ستاره‌ی بوز است که دراثر ابری از بوزون‌های تاریک به ذره‌ای مشابه تبدیل می‌شود.

علاوه‌براین، فیزیک‌دانان دریافتند این ابر می‌تواند متأثر از گرانش، متراکم و انباشته شود و کره‌ای تشکیل دهد که همان ستاره‌ی بوز است. شرایط برای این ذرات فرضی باید نسبتاً مشخص باشد؛ مثلا متمرکزشدن در مرکز کهکشان کوتوله‌ای که آن را هاله‌ای نسبتا کوچک احاطه کرده است.  این فرایند باید در طول عمر جهان رخ دهد؛ بااین‌حال روندی آهسته محسوب می‌شود.

این سناریو‌های چه می‌شد اگر بیشتر علمی‌تخیلی جلوه می‌کنند؛ اما به وسعت دید پژوهشگران برای یافتن مکان مناسب به‌منظور جست‌وجوی نشانه‌هایی از ماده تاریک کمک می‌کنند. گام بعدی، پیش‌بینی تعداد ستاره‌های بوز در کیهان و محاسبه‌ی جرم آن‌ها در مدل‌هایی با ماده تاریک سبک است. روزی می‌رسد که درنهایت، به فهمی بنیادی از ماهیت این جرم ناشناخته خواهیم رسد. با این دستاورد عظیم، آن‌گاه به ساختارهای تازه و حیرت‌انگیزی دست می‌یازیم که در میان ستارگان نهفته است.