فیزیکدان کامران وفا یکبار گفته بود معماهای علمی معمولاً دوتایی ظاهر میشوند و هرکدام میتوانند پاسخ دیگری باشند. به بیان ساده، هیچوقت نمیدانیم کدام مفهوم در فیزیک ممکن است برای توضیح پدیدههای غیرمنتظره به کار بیاید؛ بهویژه وقتی هنوز بخش بزرگی از جهان برای ما ناشناخته است.
 |
| کامران وفا - فیزیکدان ایرانی آمریکایی |
گروهی از اخترفیزیکدانان دانشگاه بریتیش کلمبیا در کانادا معتقدند شاید چنین وضعیتی درباره «اکسیونها»—ذرهای فرضی و یکی از نامزدهای اصلی ماده تاریک—در ارتباط با کوتولههای سفید صدق کند. باید تأکید کرد که این پژوهش که هنوز داوری نشده، هیچ نشانهای از وجود اکسیونها پیدا نکرده است. با این حال، تحلیل ارائهشده مرگ یک کوتوله سفید را با استفاده از فیزیک اکسیونها توضیح میدهد و مسیرهای تازهای برای تحقیقات آینده باز میکند.
در ابتدا، اکسیونها برای حل مشکلی در حوزه کوانتومی مطرح شدند؛ مشکلی مربوط به عدم تعادل میان ماده و پادماده. این ایده در سال ۱۹۷۷ شکل گرفت، اما با شکست تلاشها برای یافتن این ذره فرضی—که گفته میشد جرم کمی دارد و بسیار ضعیف با ماده برهمکنش میکند—بهتدریج کمرنگ شد.
حالا به ماده تاریک نگاه کنیم. فیزیکدانان باور دارند حدود ۸۵ درصد جهان از ماده تاریک تشکیل شده و شواهد زیادی از وجود آن در دست است. ماده تاریک «تاریک» نامیده میشود چون تقریباً با هیچچیز قابل مشاهده برهمکنش ندارد و احتمالاً سبک است—ویژگیهایی که اگر اکسیونها وجود داشته باشند، با آنها مشترک است. به همین دلیل، اکسیونها مدتهاست یکی از بهترین گزینهها برای توضیح ماده تاریک به شمار میروند. با این حال، دانشمندان هنوز هیچ نشانه قطعی از اکسیونها—یا هر نامزد دیگر ماده تاریک—پیدا نکردهاند.
 |
| این تصویر شامل دادههای پرتو ایکس و نوری از یک سحابی سیارهای به نام NGC 2392 است که در نهایت به یک کوتوله سفید تبدیل خواهد شد |
و بعد میرسیم به کوتولههای سفید؛ هستههای فوقالعاده متراکم، سرد و کمفعالِ ستارههایی که عمرشان به پایان رسیده است. از نظر فنی، این ستارههای نیمهمرده آنقدر چگال میشوند که باید زیر فشار گرانشی فروبریزند.
اما این اتفاق نمیافتد، چون نیرویی به نام «فشار تباهی الکترونی» مانع آن میشود. به زبان ساده، الکترونها در دنیای کوانتومی نمیتوانند همزمان در یک حالت انرژی قرار بگیرند. بنابراین الکترونهایی که درون و بیرون ستاره در حرکتاند، هرچه بیشتر سرعت میگیرند و در نهایت فشاری ایجاد میکنند که از فروپاشی کوتوله سفید جلوگیری میکند.
به گفته پژوهش، همین رفتار عجیب الکترونها باعث شد کوتولههای سفید برای فیزیکدانانی که به دنبال اکسیونها یا ذرات مشابه بودند، جذاب شوند. برخی مدلهای نظری پیشنهاد میکنند که اکسیونها میتوانند از الکترونهای پرسرعت تشکیل شوند.
علاوه بر این، مشاهدات اخترفیزیکی نشان داده بود که گاهی کوتولههای سفید بسیار سریعتر از حد انتظار سرد میشوند. پژوهشگران در مقاله توضیح میدهند که اگر این ستارههای نیمهمرده در حال تولید اکسیون باشند، این کاهش انرژی قابلتوجیهتر میشود، چون اکسیونهایی که از ستاره فرار میکنند، باقیمانده انرژی آن را با خود میبرند.
پژوهشگران برای آزمودن فرضیه خود، دادههای آرشیوی تلسکوپ فضایی هابل را بررسی کردند و چندین شبیهسازی انجام دادند تا ببینند حضور احتمالی اکسیونها چگونه و تا چه حد میتواند بر رفتار کوتولههای سفید اثر بگذارد. این آزمایشها به آنها کمک کرد پیشبینیهایی درباره دما و سن یک کوتوله سفید—با یا بدون خنکشوندگی اضافی ناشی از اکسیونها—ارائه کنند.
پس از پایان شبیهسازیها، نتایج محاسباتی خود را با دادههای واقعی خوشه کروی 47 Tucanae که پر از کوتولههای سفید است، مقایسه کردند. اما نتیجه ناامیدکننده بود: مدل آنها هیچ نشانهای از خنکشدن ناشی از اکسیونها نشان نداد.
با این حال، نکته مهمی باقی ماند. پژوهشگران نتیجه گرفتند که این بررسی حد جدیدی برای توانایی الکترونها در تولید اکسیون تعیین کرده است: حدود یکبار در هر یک تریلیون احتمال. در جستوجوی چیزی بهایناندازه گریزان—مثل ماده تاریک—گاهی دانستن اینکه چه چیزی کار نمیکند، همان چیزی است که دانشمندان را یک قدم به پاسخ واقعی نزدیکتر میکند.
