گمان ثبت اتفاقی ماده تاریک در سال ۲۰۱۹ توسط دانشمندان نقل شده است. این کشف احتمالی می‌تواند تحولی بزرگ در تاریخ علم فیزیک باشد؛ مسئله اینجاست که این چنین کشف احتمالی بزرگی در همه این سال‌ها در بین داده‌های ثبت‌شده از «امواج گرانشی» نهان بوده است. امواج گرانشی در واقع نوساناتی در ساختار فضازمان می باشند که بر تاثییر رویدادهای بزرگ کیهانی تشکیل خواهد شد.

گروهی از فیزیکدانان کشورهای آمریکا، بریتانیا و اروپا فرضیه‌ای را نقل کرده‌اند که بر پایه آن، اگر دو سیاه‌چاله در فضایی پیش بروند که توسط ابری از ماده تاریک احاطه شده باشد و سپس با یکدیگر برخورد کنند، امواج گرانشی حاصل از این انفجار بزرگ حامل اثرات و نشانه‌های آن محیط خاص خواهد می بود.

بعد از بازدید ده‌ها سیگنال دریافتی توسط این دانشمندان، یک مورد خاص یافت شد که با الگوهای پیش‌بینی‌شده در این فرضیه مطابقت دارد. اگرچه این یافته تا این مدت به معنی قبول قطعی شناسایی ماده تاریک نیست، اما محققان اعتقاد دارند این دستاورد می‌تواند راهکاری تازه برای مطالعه همزمان امواج گرانشی و ماهیت مرموز ماده تاریک پیش روی دانشمندان بگذارد.

«رودریگو ویسنته»، فیزیکدان دانشگاه آمستردام، می‌گوید:

«منفعت گیری از سیاه‌چاله‌ها برای ردیابی ماده تاریک ایده‌ای بسیار است؛ چرا که امکان بازدید ماده تاریک را در ابعادی زیاد کوچک‌تر از آنچه تا به امروز فکر می‌شد، فراهم می‌کند.»

ثبت و کشف نشانه‌های احتمالی ماده تاریک در امواج گرانشی

ریشه‌های نظری این نوشته به سال ۱۹۱۶ بازمی‌گردد، وقتی که «آلبرت اینشتین» نظریه نسبیت عام خود را به جهان معارفه کرد. در این نظریه، گرانش نتیجه انحنای فضازمان توصیف شده است. با این که تعداد بسیاری از پیش‌بینی‌های این نظریه در طی زمان به اثبات رسید، اما اثبات وجود امواج گرانشی نزدیک به یک قرن به درازا کشید.

اینشتین معتقد می بود اجرام زیاد سنگین همانند ستاره‌های نوترونی یا سیاه‌چاله‌ها زمان ادغام، موج‌هایی را با شدت نور در کیهان انتشار می‌کنند. سرانجام در سال ۲۰۱۵ این امواج برای نخستین‌بار به طور مستقیم مشاهده شدند و از آن زمان تا بحال صدها مورد شبیه به ثبت رسیده است. هر یک از این سیگنال‌ها حاوی اطلاعات دقیقی از جرم اجسام و ماهیت آن‌ها می باشند. این رویدادها طبق معمول شامل برخورد سیاه‌چاله‌ها با ابعاد متفاوت، ستاره‌های نوترونی و یا بلعیده‌شدن باقی مانده ستاره‌ای توسط سیاه‌چاله‌ها می باشند، هرچند برخی سیگنال‌ها امکان پذیر به وجود اشیای ناشناخته‌تری همانند کرم‌چاله‌ها و جهان‌های موازی اشاره داشته باشند.

محققان در پژوهش تازه خود به جستوجو جواب این سوال بودند که آیا امواج گرانشی می‌توانند کلید حل معمای ماده تاریک باشند. ماده تاریک عنصری ناشناخته است که قسمت بزرگی از جهان را شکل داده و فقط از طریق نیروی گرانش با ماده معمولی برهم‌کنش دارد. در یکی از مدل‌های علمی، ماده تاریک از ذرات فوق سبک راه اندازی شده است که در شرایط محیطی زیاد سخت، همانند مجاورت با گرانش خردکننده سیاه‌چاله‌ها، همانند یک موج حرکت می‌کنند.

از آنجا که سیاه‌چاله‌های چرخان علتکشش فضازمان به دور خود خواهد شد، محققان فکر کردند که این چرخش بر ابرهای ماده تاریک حوالی آن‌ها نیز تاثییر می‌گذارد. مطابق این فرضیه، وجود این ابرها علتتحول در نحوه برخورد سیاه‌چاله‌های دوتایی می‌شود و ردپای مشخصی را در امواج گرانشی ساطع‌شده باقی می‌گذارد.

تیم پژوهشی برای آزمایش این ایده، تفاوت سیگنال‌های دریافتی از محیط‌های دارای ماده تاریک و محیط‌های خلاء را همانند‌سازی کردند. آنها مدل خود را بر روی ۲۸ سیگنال ثبت‌شده توسط شبکه جهانی رصدخانه‌ها اعمال کردند. نتایج نشان داد که ۲۷ سیگنال دقیقا شبیه برخورد در محیط خلاء بوده‌اند، اما رویدادی که در ژوئیه ۲۰۱۹ با کد GW190728 ثبت شده، رفتاری کاملا سازگار با برخورد دو سیاه چاله در بین یک ابر غلیظ از ماده تاریک را مشخص می کند.

با وجود این نتیجه شگفت‌انگیز، دانشمندان هم چنان با احتیاط درمورد یافته‌های خود سخن بگویید می‌کنند. «جوسو آورکوئتا»، از MIT پافشاری کرده است توان آماری این یافته تا این مدت برای اظهار قطعی کشف ماده تاریک کافی نیست و گروه‌های جدا گانه باید آن را بازبینی کنند. او می‌گوید بدون داشتن مدل‌های دقیق شکل موج، امکان پذیر تعداد بسیاری از این رویدادها را به نادرست به گفتن برخورد در خلاء طبقه‌بندی کنیم در‌حالی‌که در محیطی از ماده تاریک رخ داده‌اند.

در نهایت، تا این مدت ابهامات بسیاری درمورد ماهیت ماده تاریک وجود دارد. امکان پذیر این ماده اصلاً به طور ابر شکل نگیرد و ماهیتی متفاوت همانند ذرات WIMPy و MACHO داشته باشد. حتی این گمان وجود دارد که ماده تاریک اصلا وجود خارجی نداشته باشد و باید همه قوانین گرانش را بازنگری کنیم.

یافته‌های این پژوهش در ژورنال Physical Review Letters انتشار شده است.