کد جدید به دانشمندان امکان نقشهبرداری از هالههای ماده تاریک را میدهد
نوشتهٔ گریس هانتر، Perimeter Institute
ویرایش شده توسط گابی کلارک، بازبینی توسط رابرت ایگان
ماده تاریک و تأثیر آن بر کیهانشناسی تقریباً یک قرن است که فیزیکدانان را به خود مشغول کرده است. در مؤسسه Perimeter، دو پژوهشگر در تلاشی برای درک بهتر این هستند که چگونه یک نامزد محتمل برای ماده تاریک، ماده تاریک خودتعامل (SIDM)، میتواند ساختارهای کیهانی را تحت تأثیر قرار دهد.
در مقالهای که در ۲۴ نوامبر ۲۰۲۵ در Physical Review Letters منتشر شد، جیمز گوریان و سایمون می یک کد جدید را برای بررسی رابطهٔ SIDM با تکامل کهکشانی ارائه دادند و امکان تحقیق در محدودهای از تعاملات ذرهای را که پیش از این بهصورت عملی غیرقابل دسترسی بودند، فراهم کردند.
ماده تاریک که بهتنهایی میرقصد
SIDM یک کاندیدای ماده تاریک است که ذرات آن میتوانند بهیکدیگر برخورد کرده و از هم پرتاب شوند، اما با ماده باریونی — مادهٔ «عادی» که میتوانیم آن را مشاهده کنیم (مانند پروتونها، نوترونها و الکترونها) — تعامل ندارند. برخوردهای SIDM بهصورت «تعامل خودکشش الاستیک» انرژی را حفظ میکند. این موضوع پیامدهایی برای هالههای ماده تاریک دارد — ساختارهای کیهانی که نظریهگران معتقدند نقش مهمی در شکلگیری ستارگان و پیشرفت کهکشانها ایفا میکنند.
«ماده تاریک خوشههای نسبتاً پراکنده میسازد که همچنان بسیار چگالتر از چگالی متوسط جهان هستند»، میگوید گوریان، پژوهشگر پسادکتری مؤسسه Perimeter که بههمرنگی این مطالعه را نوشته است. «راه شیری و سایر کهکشانها در این هالههای ماده تاریک مستقرند.»
ماهیت SIDM موجب بهراهاندازی فرایندی به نام فروپاشی گراو‑ترمال در این هالههای ماده تاریک میشود. فروپاشی گراو‑ترمال ناشی از واقعیتی غیرمنتظره است: سیستمهای بسته توسط گرانش با از دست دادن انرژی داغتر میشوند، نه خنکتر.
«ماده تاریک خودتعامل شما انرژی را منتقل میکند و تمایل دارد این انرژی را به سمت بیرون هالهها سوق دهد»، میگوید گوریان. «این منجر به گرم و متراکم شدن هستهٔ داخلی میشود، چون انرژی به خارج منتقل میشود.» پایان این فرایند، فروپاشی هستهٔ گراو‑ترمال است.
نقشهبرداری از ساختارهای شکلگرفته توسط SIDM دشوار است، اما فیزیکدانان روشهای متعددی ابداع کردهاند که هرکدام برای چگالی خاصی از ماده بهتر عمل میکند.
«یک روش شبیهسازی N‑Body است که وقتی ماده تاریک بهطور محدود چگال باشد و برخوردها کموباز باشند، بهخوبی کار میکند. روش دیگر رویکرد سیال‑گراست — که زمانی که ماده تاریک بسیار چگال باشد و برخوردها مکرر باشد، مؤثر است.»
«اما برای حالت میانی، روشی مناسب وجود نداشت»، میگوید گوریان. «شما به روشی میانرده نیاز دارید تا بتوانید بهدرستی بین بخشهای کمچگال و پرچگال جابجا شوید. این همان منبع این پروژه بود.»
گوریان و نویسندهٔ همکار خود، سایمون می، پژوهشگر پیشین پسادکتری در مؤسسه Perimeter و اکنون همکار ERC در دانشگاه بیلفلد، کدی را برای پر کردن این خلا میانی توسعه دادند. این کد با نام KISS‑SIDM، نسبت به کدهای قبلی سریعتر و دقیقتر است و بهصورت عمومی برای استفاده پژوهشگران در دسترس میباشد.
«قبلاً، اگر میخواستید پارامترهای مختلف برای ماده تاریک خودتعامل را بررسی کنید، یا باید از مدل سیال بسیار سادهشده استفاده میکردید یا به خوشهٔ محاسباتی میرفتید که هزینهٔ محاسباتی بالایی داشت. این کد سریعتر است و میتوانید آن را روی لپتاپ خود اجرا کنید»، میگوید گوریان.
«در ماههای اخیر، علاقهٔ زیادی به مدلهای ماده تاریک تعاملی بوجود آمده است، بهدلیل ناهنجاریهای احتمالی که در مشاهدات کهکشانها شناسایی شده و ممکن است به فیزیک جدیدی در حوزه تاریک نیاز داشته باشند»، میگوید نیل دال، عضو هیئت پژوهشی Perimeter.
«قبلاً، محاسبات دقیق از تشکیل ساختارهای کیهانی در این نوع مدلها امکانپذیر نبود، اما روشی که جیمز و سایمون توسعه دادند، راهحلی فراهم میکند که سرانجام به ما اجازه میدهد تکامل ماده تاریک را در مدلهای دارای تعاملات قابلتوجه شبیهسازی کنیم»، میگوید دال. «مقالهٔ آنها باید دامنهٔ گستردهای از مطالعات را که پیشتر غیرقابلانجام بودند، امکانپذیر سازد.»
درک فرایند فروپاشی هستهای برای فیزیکدانان نیز جذاب است، زیرا میتواند پیامدهای قابل مشاهدهای برای تشکیل سیاهچاله داشته باشد. اما جزئیات نحوهٔ پایان این فرایند یک سؤال باز در فیزیک است، میگوید گوریان. این کد گامی به سوی پاسخگویی به این سؤال است، او افزود.
«سوال اساسی این است که نقطهٔ نهایی این فروپاشی چیست؟ این همان چیزی است که ما واقعاً میخواهیم انجام دهیم — بررسی مرحلهٔ پس از تشکیل یک سیاهچاله.»
اطلاعات بیشتر: جیمز گوریان و همکاران، «فروپاشی هستهای فراتر از تقریب سیال: تکامل دیرهنگام هالههای ماده تاریک خودتعامل»، Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/2ycz-3fvv. در arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2505.15903
اطلاعات نشریه: Physical Review Letters, arXiv
ارائه شده توسط Perimeter Institute
منبع: کد جدید به دانشمندان امکان نقشهبرداری از هالههای ماده تاریک را میدهد (2025، ۱ دسامبر) دریافتشده در ۲ دسامبر ۲۰۲۵ از https://phys.org/news/2025-12-code-scientists-dark-halos.html
این سند تحت حق تکثیر است. به جز موارد استفاده منصفانه برای مقاصد مطالعه یا تحقیق شخصی، هیچ بخشی از آن بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا صرفاً برای اطلاعرسانی ارائه شده است.