ماده‌ي تاريك از بزرگ‌ترين معما‌ها‌ي تاريخ علم است. آيا طبيعت راهي براي شناخت آن به ما نشان مي‌دهد؟
معما‌ي ماده‌ي تاريك هر روز پيچيده‌تر مي‌شود. براي دهه‌ها فيزيكدانان در سراسر جهان به دنبال فهم ماهيت ذراتي هستند كه نوري از خود گسيل نمي‌كنند و انسان قادر به ديدن آن‌ها نيست و ماده‌ي تاريك نام دارند. به‌دليل تعدادي از مشاهدات كيهاني در دهه‌ي ۱۹۳۰، وجود ماده‌ي تاريك تأييد شد. جالب است بدانيد كه تمام مواد تشكيل‌دهنده‌ي ستاره‌ها، كهكشان‌ها و سيارات و در كل، جهان قابل رؤيت، تنها ۵ درصد از كل عالم را تشكيل مي‌دهند و ۲۳ درصد عالم از ماده‌ي تاريك تشكيل شده است. تا به حال شناخت ذرات ماده‌ي تاريك ممكن نشده است. پژوهشگران دانشگاه گوتنبرگ به‌تازگي تئوري كوتاه جديدي در مورد ماده‌ي تاريك ارائه داده‌اند كه بيان مي‌كند ماده‌ي تاريك بسيار با فرضيه‌ها‌ي قبلي متفاوت است. طبق اين تئوري، ذرات ماده‌ي تاريك بسيار سبك هستند؛ چيزي در حدود صد برابر سبك‌تر از الكترون. اين تئوري، با تئوري‌ها‌ي قبلي كه ذرات ماده‌ي تاريك بسيار سنگين و پر‌جرم هستند، در تناقض شديد است.
با توجه به تئوري‌ها‌ي معمول، اگر ماده‌ي تاريك وجود نداشت، ستاره‌ها به شكل كنوني خود به دور مركز كهكشان در گردش نبودند. ذرات احتمالي مطرح براي ماده‌ي تاريك، ذرات سنگين بدون بر‌هم‌كنش با محيط مادي هستند كه به‌اختصار به آن‌ها WIMP گفته مي‌شود. در حال مراجعي مثل آزمايشگاه ايتاليايي واقع در اعماق زمين به نام گرن ساسو (Gran Sasso) در حال جست‌و‌جو‌ي اين ذرات هستند. با اين وجود، مقالات علمي جديد منتشر‌شده نشان مي‌دهند كه دسترسي به ذرات ما‌ي تاريك به اين سادگي امكان‌پذير نيست. پروفسور جوچيام كاپ از دانشگاه مينز، مي‌گويد:
در حال حاضر به دنبال كانديدا‌ها‌ي ديگري براي ذرات ماده‌ي تاريك هستيم.
پروفسور كاپ و همكارانش، ودران بردار، جيا ليو و سايو پينگ، نگاه دقيق‌تري به نتايج مشاهدات چند گروه مختلف در سال ۲۰۱۴ داشته‌اند. تمامي گروه‌ها خط طيفي ۳.۵ كيلوالكترون ولت (KeV) مربوط به تابش پرتو ايكس را از طرف كهكشان‌ها و خوشه‌ها‌ي كهكشاني دوردست، دريافت كرده بودند. اين تابش اشعه‌ي X كه منبع آن مشخص نيست، مي‌تواند كليد حل معما‌ي ماده‌ي تاريك باشد. تفسيري كه به‌تازگي از اين خط طيفي حاصل شده، اين است كه احتمال دارد ذرات ماده‌ي تاريك بعد از واپاشي، تابش X از خود گسيل كنند. به هر حال تيم كاپ در شرف دستيابي به يك كشف تازه است.
تابش اشعه X حاصل از نابودي ذرات ماده‌ي تاريك
پديده‌اي كه پژوهشگران تيم PRISMA تصوير مي‌كنند، به اين شكل است كه دو ذره‌ي ماده‌ي تاريك با هم برخورد مي‌كنند و نابود مي‌شوند. اين پديده شبيه فرآيند برخورد الكترون و پاد‌ذره‌اش يعني پوزيترون است. كاپ توضيح داد:
تا مدت‌ها تصور مي‌شد كه اگر ذرات ماده‌ي تاريك هم‌جنس ذرات نور باشند، نمي‌توان براي آن‌ها فرآيند نابودي در نظر گرفت. در اين مدل جديد، با نگاه مو‌شكافانه به اين موضوع و مقايسه‌ي داده‌ها‌ي آزمايشگاهي به نتايجي رسيديم كه از نتايج و مدل‌ها‌ي قبلي بسيار دقيق‌تر است.
طبق مدل كاپ، ذرات ماده‌ي تاريك فرميون‌ها‌يي با جرم چند كيلوالكترون ولت هستند كه فعلا به آن‌ها نوترينو‌ها‌ي بي اثر گفته مي‌شود. جرم بسيار كم اين ذرات مشكلاتي به همراه مي‌آورد. از جمله اينكه به‌سختي مي‌توان چگونگي تشكيل كهكشان‌ها را توضيح داد. كاپ اشاره مي‌كند:
تا به حال توانسته‌ايم مشكلات اين مدل را به‌خوبي حل كنيم. مدل ما تصوير زيبايي از داستان ماده‌ي تاريك خواهد ساخت.
اين فرضيه كه فرآيند نابودي ذره‌ي ماده‌ي تاريك، يك فرآيند دو مرحله‌اي است، اهميت بسيار زيادي پيدا مي‌كند. زماني كه مرحله‌ي اول فرآيند در حال اجرا است، ذره‌ي واسطه‌اي توليد مي‌شود كه سپس به پرتو ايكس واپاشي مي‌كند. كاپ اضافه كرد:
نتيجه‌ي محاسبات ما نشان مي‌دهد كه تأثيرات پرتو ايكس در محاسبات، با مشاهدات انجام‌شده مطابقت دارد.
مدل كاچ و تيمش تنها شروعي براي پژوهش‌هاي تازه در مورد ماده‌ي تاريك است و امكان دارد منبع ديگري براي پرتو ايكس ديده‌شده يافت شود. در حال حاضر فيزيكدان‌ها‌ي تجربي JGU در حال كار روي اين موضوع هستند.