آیا ماده‌ی تاریک می‌تواند ستاره تشکیل دهد؟

آیا ماده‌ی تاریک می‌تواند ستاره تشکیل دهد؟

تصویری که در بالا مشاهده می‌کنید، تصور یک هنرمند از راه شیری است.‌ هاله‌ی آبی ماده که اطراف کهکشان قرار گرفته است، نشان‌دهنده‌ی توزیع مورد انتظار از ماده‌ی تاریک است. این ماده نخستین بار برای توضیح خواص چرخشی کهکشان معرفی شد و اکنون عنصری اساسی در نظریه‌های فعلی شکل‌گیری و تحول کهکشان‌ها است.

جرم، از ویژگی‌های واقعا خاص ماده‌ی تاریک است. اندازه‌گیری‌ها نشان دادند که باید مقداری ماده‌ی اضافی، نامرئی و مادی وجود داشته باشد که بخشی از جرم کهکشان‌ها را تشکیل دهد. ماهیت این ماده، هنوز مبهم است؛ اما تا حدودی اطمینان داریم که این ماده از نوعی ذرات بنیادی تشکیل شده است. آزمایش‌های بسیاری برای تعیین شکل این ذره‌ها در جریان هستند. به نظر می‌رسد که ماده‌ی تاریک با دیگر اتم‌های جهان (مانند هیدروژن ابرگازی یا آهن موجود در خون شما)، فقط از طریق گرانش برهم‌کنش دارد.

کهکشان کروی کوتوله در صورت فلکی کوره (در نیمکره‌ی جنوبی) قمر کهکشانی راه شیری محسوب می‌شود و یکی از ۱۰ کهکشان پژوهش ماده‌ی تاریک فرمی است. حرکت‌های ستاره‌های کهکشان نشان می‌دهند که در‌ هاله‌ای سنگین از مواد که قابل دیدن نیست، قرار گرفته‌اند.

ما می‌دانیم که ماده‌ی تاریک تجمع پیدا می‌کند؛ زیرا جمع‌ شدن آن در کره‌هایی سنگین و نادیدنی در کیهان ما، محل تولید کهکشان‌ها است. در هر کهکشانی که با دقتی کافی به آن نگریسته‌ایم، ماده‌ی تاریک بیشتر از ماده‌ی دیدنی بوده است. ساده‌ترین روش‌ها برای اندازه‌گیری مستقیم ماده‌ی تاریک، اندازه‌گیری چرخش کهکشان است که فقط برای کهکشان‌های نزدیک قابل انجام است؛ یا می‌توانیم از اندازه‌گیری لنز گرانشی استفاده کنیم که فقط برای کهکشان‌های خیلی سنگین قابل انجام است. اما ماده‌ی تاریک همه جا را در بر گرفته است؛ تا حدی که به روشی برای تعریف کهکشان‌ها تبدیل شده است. اگر مجموعه‌ای از ستارگان آن‌قدر کوچک باشد که ماده‌ی تاریکی آن را احاطه نکرده باشد، پس عملا کهکشان نخواهد بود. هم‌چنان که به دنبال کهکشان‌ها بودیم، متوجه شدیم که کهکشان‌های تاریک‌تری هم وجود دارند: کهکشان‌هایی با ماده‌ی تاریک بیشتر و ماده‌ی دیدنی کمتر.

کهکشان‌های تاریک شکل می‌گیرند؛ اما شکل‌گیری ستاره‌های تاریک کمی سخت‌تر است؛ زیرا ستاره‌ها باید در فضای کوچکی فرو بریزند. این فرایند فروریختن در ستاره‌ای که از ماده‌ی عادی ساخته شده است، به سبب خنک‌ شدن ذارت گازی اتفاق می‌افتد؛ زیرا در این حالت فضای کمتری اشغال می‌کنند. ذرات ماده‌ی تاریک با یک‌دیگر یا با ماده‌ی عادی فقط از طریق نیروی گرانش برهم‌کنش دارند. ذرات ماده‌ی تاریک نمی توانند حرارت آزاد کنند و متراکم‌تر شوند.

این تصویر توسط تلسکوپ فضایی‌هابل گرفته شده است و دو ستاره را در مرکز حلقه‌ای از غبار نشان می‌دهد. این منظومه، DI Cha نام دارد و اگرچه تنها دو ستاره مشخص هستند، اما در واقع سیستم چهارگانه است و از دو جفت ستاره ایجاد شده است. چون این سیستم ستاره‌ای جوان است، در غبار قرار گرفته است.

 از دیدگاهی کاملا تئوری، وجود ستاره‌ای با کسری قابل توجه از ماده‌ی تاریک در درونش، محتمل است؛ اما ما هنوز نمی‌دانیم که ماده‌ی تاریک دقیقا چیست. حالت‌های مختلف ماده‌ی تاریک، رفتار آن را در موقعیت‌های بحرانی، مانند یک ستاره‌ی ماده‌ی تاریک، تغییر می‌دهد. یکی از این حالت‌ها آن است که ماده‌ی تاریک می‌تواند پادماده‌ی خودش باشد. یعنی اگر دو ذره‌ی ماده‌ی تاریک با یک‌دیگر ترکیب شوند، می‌توانند به فرم‌هایی پرانرژی از نور تبدیل شوند.

کاملا واضح است که ماده‌ی تاریک این گونه عمل می‌کند. بیشتر شبیه‌سازی‌ها از دنیایی تشکیل‌شده از ماده‌ی تاریک، تبدیل ماده‌ی تاریک به نور را محتمل نمی‌دانند. اما اگر این، نوع عملکرد ماده‌ی تاریک باشد، آن گاه غلظت بالایی از ماده‌ی تاریک می‌تواند مقدار زیادی نور پر انرژی تولید کند که گاز و غبار اطراف را داغ کند. این تصور خیلی عجیب است: ستاره‌ای که با نابودی ماده‌ی تاریک درونش می‌درخشد؛ در مقابل فرایند همجوشی که خورشید را گرم می‌کند.

هیچ گواهی عینی برای این ستاره‌های تاریک وجود ندارد. اما دانستن اینکه چه چیزهایی در جهان مخفی شده‌اند، همواره جالب بوده است.