بزرگ‌ترین قمر منظومه شمسی می‌تواند آشکارساز ماده تاریک باشد_باماها

مشکل اینجاست که نامزدهای بسیاری برای ماده تاریک وجود دارند؛ از «آکسیون‌ها» و ذرات سنگین با برهم‌کنش ضعیف (WIMPs) گرفته تا «نوترینوهای استریل» و «سیاه‌چاله‌های نخستین». دانشمندان راه حلها و آزمایش‌هایی برای آشکارسازی تعداد بسیاری از این نامزدها اراعه داده‌اند، اما تا بحال نتوانسته‌اند هیچ ذره‌ی محتملی از ماده‌ی تاریک یا فرآورده‌های جانبی آن را آشکار کنند.

تشخیص نامزدهای بزرگتر ماده تاریک، همانند سیاه‌چاله‌های نخستین یا سالیتون‌ها و استرنجلت‌ها و موارد دیگر، به‌طور اختصاصی دشوار است. مقاله تازه این‌گونه توضیح می‌دهد:

در حالی که قسمت عمده‌ی دقت‌ها بر جستجوی ذرات جدیدی با برهم‌کنش‌های ذاتی ضعیف متمرکز شده است، یک الگوی جانشین، با گفتن ماده تاریک ماکروسکوپی، نظر می‌دهد که ماده‌ی تاریک امکان پذیر در عوض از اجرام ماکروسکوپی پرجرم راه اندازی شده باشد که چگالی عددی زیاد پایینی دارند و به همین علت از آشکارسازی‌های جاری می‌گریزند.

اگر ماده تاریک کمتر اما بزرگ‌تر باشد، امکان پذیر به آشکارسازی زیاد عظیم‌تر، همانند سیاره یا قمر، نیاز داشته باشیم. ویلیام دروکو، پژوهشگر پسادکتری در دانشگاه مریلند، در مقاله تازه نظر می‌دهد که احتمالا همین اکنون آشکارسازی ایده‌آل در مدار مشتری داشته باشیم: گانیمد، بزرگ‌ترین قمر در منظومه‌ی شمسی.

دانشمندان با انجام برخی آزمایش‌ها، بازه‌های جرمی احتمالی برای نامزدهای ماده تاریک را رد کرده‌اند. بااین‌حال، بازه‌های جرمی فرد دیگر وجود دارند که تا این مدت بازدید نشده‌اند. دِروکو توضیح می‌دهد:

یک فضای پارامتر باز بزرگ برای این چنین نامزدهای ماده تاریک در محدوده‌ی ۱۰¹² تا ۱۰²² گرم و چگالی‌هایی از مقیاس اتمی (۱ گرم بر سانتی‌متر مکعب) تا مقیاس هسته‌ای (۱۰¹⁴ گرم بر سانتی‌متر مکعب) باقی می‌ماند. بازدید این فضای پارامتری دشوار است، چون جرم بالا به معنی چگالی عددی زیاد پایین در کهکشان است؛ برای مثال، تنها یک ذره ماده‌ی تاریک با جرم ۱۰¹⁴ گرم، تقریباً هر ۱۰⁵ سال یک‌بار از زمین عبور می‌کند. در نتیجه، هر تلاشی برای جستجوی این چنین ماده تاریکی به آشکارسازهای عظیم با زمان یکپارچه‌سازی طویل نیاز دارد.

امکان پذیر قمر یخی گانیمد که از عطارد هم بزرگ‌تر است و در طول ۲ میلیارد سال قبل تحول چندانی نکرده، برای این کار مناسب باشد. مسئله‌ی حیاتی این است که به علت لایه‌های زیرسطحی تفکیک‌شده از نظر ترکیب، برخورد ماده تاریک با این قمر می‌تواند مواد زیرسطحی عمیقی را آزاد کند که برخوردهای معمولی قادر به انجامش نیستند و این کار، نشانه‌ای حیاتی برای اختلاف تعامل های ماده تاریک از برخوردهای متعارف فراهم می‌کند.

اگر نامزدهای ماده تاریک ماکروسکوپی به گانیمد برخورد کرده باشند، باید بتوانیم نشانه‌های آن را ببینیم. بر پایه پژوهش دِروکو، دو مأموریت اینده، یعنی کاوشگر اقمار یخی مشتری (جوس) و اروپا کلیپر، می‌توانند با تصویربردارهای طیفی زیاد دقیق خود این چنین نشانه‌هایی را آشکار کنند. دِروکو می‌افزاید:

دهانه‌های کوچک (کمتر از ۱۰ کیلومتر) با حجم غیرعادی بالای مواد ذوب‌شده اهمیت اختصاصی‌ای دارند که ترکیبی به‌طور دیدنی متفاوت از مناطق اطراف نشان خواهند داد، چرا که توضیح این چنین ویژگی‌هایی با برخوردهای متعارف دشوار است.

دروکو در مدل‌سازی خود بر برخوردهای عمودی تمرکز کرد تا کار ساده‌تر بشود، اما نظر می‌دهد که برخوردهای کم‌عمق‌تر می‌توانند حتی برای این فضاپیماها آشکارتر باشند.

اگرچه مطالعه‌ی تازه دلنشین است، روی ماده تاریک ماکروسکوپی تمرکز دارد؛ موضوعی که اکنون در بین فیزیکدانان به اندازه‌ی نامزدهای سبک و فوق‌سبک ماده تاریک محبوب نیست. بازدید دقیق‌تر گانیمد امکان پذیر به ما در یافتن شواهدی از این چنین نامزدی پشتیبانی یا دست‌کم جستجوی ما را محدودتر کند.

حتی اگر نتایج قطعی نباشند یا هیچ نشانه‌ای اشکار نشود، فضاپیماهای مشتری هم چنان مکان‌هایی برای بازدید دیگر نامزدها خواهند داشت؛ خود مشتری نیز به‌گفتن یک آشکارساز بالقوه ماده‌ی تاریک نظر شده است.

یافته‌های پژوهش در پایگاه پیش‌انتشار کردن آرکایو انتشار شده است.