محدودیت جدید در جستجوی ماده تاریک: برهم‌کنش اکسین‌ها و کوتوله‌های سفید «بسیار بعید» است

اکسین‌ها: نامزد اصلی معمای ماده تاریک

ذرات فرضی اکسین نخستین بار در سال ۱۹۷۷ میلادی با هدف حل مشکل عدم تعادل میان ماده و ضدماده در حوزه کوانتومی مطرح شدند. این ذرات که جرم کمی دارند و برهم‌کنش ضعیفی با سایر مواد از خود نشان می‌دهند، علی‌رغم تلاش‌های مکرر برای شناسایی، تاکنون به طور مستقیم مشاهده نشده‌اند و ایده وجود آن‌ها در طول سال‌ها کم‌رنگ شده بود.

در سوی دیگر، باور عمومی دانشمندان این است که تقریباً ۸۵ درصد جهان از ماده‌ای ناشناخته به نام ماده تاریک تشکیل شده است. این ماده به دلیل برهم‌کنش بسیار کم با نور و سایر مواد مرئی، «تاریک» نامیده می‌شود. با توجه به شباهت‌های نظری، اکسین‌ها از دیرباز به عنوان نامزد قوی برای توضیح ماده تاریک در نظر گرفته شده‌اند، هرچند که مدرک مستقیمی برای اثبات وجود هیچ‌یک از آن‌ها به دست نیامده است.

کوتوله‌های سفید: آزمایشگاه‌های طبیعی جستجوی اکسین

کوتوله‌های سفید در واقع بقایای متراکم، سرد و عمدتاً غیرفعال هسته‌های ستاره‌ای هستند که پس از مرگ یک ستاره باقی می‌مانند. این اجرام، که به دلیل ماهیت نیمه‌جان و چگالی فوق‌العاده بالا، گاهی ستارگان زامبی نامیده می‌شوند، با وجود فشار گرانشی شدید، به دلیل پدیده‌ای به نام «فشار تبهگنی الکترونی» از فروپاشی کامل جلوگیری می‌کنند.

در این حالت، الکترون‌ها مجبورند با سرعت بیشتری حرکت کنند تا فشار کافی برای حفظ ساختار کوتوله سفید را فراهم آورند. همین حرکت غیرمعمول و پرسرعت الکترون‌ها باعث شده است که کوتوله‌های سفید به محلی جذاب برای جستجوی اکسین‌ها تبدیل شوند، زیرا برخی مدل‌های نظری پیشنهاد می‌کنند که اکسین‌ها می‌توانند توسط الکترون‌های پرسرعت تولید گردند.

نتایج پژوهش و تعیین محدودیت‌های جدید

رصدهای پیشین اخترفیزیک نشان داده بود که کوتوله‌های سفید گاهی سریع‌تر از آنچه انتظار می‌رود، خنک می‌شوند. این اتلاف انرژی غیرمعمول می‌توانست با فرضیه تولید و فرار اکسین‌ها از ستاره توضیح داده شود، چرا که اکسین‌ها قادر بودند انرژی باقیمانده در ستاره را با خود حمل کنند.

برای بررسی دقیق این فرضیه، پژوهشگران داده‌های آرشیوی تلسکوپ فضایی هابل را تحلیل کرده و شبیه‌سازی‌های متعددی را برای درک تأثیر حضور اکسین‌ها بر فعالیت کوتوله‌های سفید انجام دادند. این شبیه‌سازی‌ها سپس با داده‌های واقعی از خوشه کروی ۴۷ توکانائه (47 Tucanae) مقایسه شدند، اما نتایج هیچ مدرک مستقیمی دال بر خنک شدن اضافی ناشی از وجود اکسین‌ها را نشان نداد.

با وجود عدم شناسایی مستقیم، محققان معتقدند که این پژوهش یک محدودیت جدید و بسیار سخت‌گیرانه را برای احتمال تولید اکسین‌ها توسط الکترون‌ها تعیین می‌کند: تقریباً یک بار در هر تریلیون شانس.

پاول ساتر، اخترفیزیکدان، توضیح می‌دهد که این نتایج، وجود اکسین‌ها را به طور کامل رد نمی‌کند، اما نشان می‌دهد که برهم‌کنش مستقیم بین الکترون‌ها و اکسین‌ها بسیار بعید است. او تأکید می‌کند که برای ادامه جستجو برای این ذرات و در نهایت، کشف ماده تاریک، باید راه‌های هوشمندانه‌تر و خلاقانه‌تری را در پیش گرفت.