شاید ماده تاریک در اتمسفر «مشتری» پنهان شده باشد

 به نظر می‌رسد که جستجوی ماده تاریک در حال حرکت کردن به سمت اتمسفر مشتری و سیارات فراخورشیدی مشابه آن است.

به نقل از ادونسد ساینس نیوز، مشتری که سنگین‌ترین سیاره منظومه شمسی است، می‌تواند به جذب ذرات ماده تاریک بپردازد. این ذرات با یکدیگر برخورد می‌کنند تا ذرات پرانرژی را به شکل تابش در حال یونیزش پدید آورند. این کار به شکل‌گیری سطوح بالاتر از حد طبیعی اتم‌های هیدروژن یونیزه‌شده در قالب کاتیون‌های تری‌هیدروژن منجر می‌شود که یون‌های متشکل از سه هسته هیدروژن و تنها دو الکترون هستند.

«کارلوس بلانکو»(Carlos Blanco) و «ربکا لین»(Rebecca Leane)، پژوهشگران «دانشگاه استنفورد»(Stanford University) در مقاله پژوهش جدید خود نوشتند: این یون‌ها در سراسر کیهان فراوان هستند و از تعامل هیدروژن با پرتوهای کیهانی، تابش ستاره‌ها، رعد و برق سیاره‌ها یا الکترون‌هایی تولید می‌شوند که در میدان‌های مغناطیسی سیاره‌ای شتاب می‌گیرند. سطح کاتیون‌های تری‌هیدروژن به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته‌ و از آنجا که اطلاعات حیاتی را درباره دمای اتمسفر و جریان‌های الکتریکی موجود در آن ارائه می‌دهد، مهم است.

تولید کاتیون‌های تری‌هیدروژن به دلیل تشعشعات در حال یونیزش برای اولین بار با استفاده از آزمایش طیف‌سنج فرابنفش ماموریت «وویجر»(Voyager) در اتمسفر مشتری تایید شد. همچنین، ممکن است قبلا شواهد دیگری توسط کاوشگر «کاسینی»(Cassini) جمع‌آوری شده باشند.

کاتیون‌های تری‌هیدروژن، سطوح قابل تشخیصی را از تشعشعات فروسرخ ساطع می‌کنند که به عقیده پژوهشگران می‌توانند در داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط کاوشگر کاسینی در سال ۲۰۰۰ طی ماموریت آن به زحل و عبور آن از کنار مشتری قابل تشخیص باشند.

بیشتر بدانید: ۹ عضو بی استفاده بدن انسان کدامند؟

پژوهشگران در ادامه نوشتند: ما جستجوی یونیزش ماده تاریک خود را با استفاده از داده‌های طیف‌سنج فروسرخ کاسینی درباره کاتیون‌های تری‌هیدروژن اتمسفر انجام می‌دهیم. ما به این دلیل مشتری را هدف قرار داده‌ایم که در مقایسه با زحل یا سیارات دیگر، کارآمدترین جذب‌کننده ماده تاریک است. برای بهبود سیگنال، داده‌های کاسینی ثبت‌شده‌ در دو طرف مشتری را مطالعه می‌کنیم که پس‌زمینه تابش خورشیدی در حال یونیزش را حذف می‌کنند. همچنین، ما روی داده‌های عرض جغرافیایی پایین تمرکز می‌کنیم، زیرا عرض‌های جغرافیایی نزدیک به قطب‌ها در معرض میدان‌های مغناطیسی شدید مشتری هستند. این میدان‌های مغناطیسی، شفق‌های در حال یونیزش را تولید می‌کنند که منبع مهمی از کاتیون‌های تری‌هیدروژن به شمار می‌روند.

تحلیل‌های صورت‌گرفته، کاتیون‌های تری‌هیدروژن را نشان دادند، اما هنوز مشخص نیست که آیا آنها می‌توانند به ماده تاریک یا مواد تولیدشده توسط منابع دیگر مرتبط باشند یا خیر. این مواد شامل کاتیون‌های تولیدشده در اثر تعامل هیدروژن با ذرات کیهانی پرانرژی، تابش ستاره‌ها، رعد و برق سیاره‌ای، الکترون‌های شتاب‌گرفته در میدان‌های مغناطیسی مشتری و تشعشعات در حال یونیزش موجود در اتمسفر مشتری ناشی از فوران‌های آتشفشانی قمر بزرگ آن موسوم به «آیو»(Io) هستند.

یک آغاز امیدوارکننده

اگرچه این گروه پژوهشی به نتایج قطعی دست نیافته‌اند،اما پژوهش آنها به تعیین محدودیت‌های سخت‌گیرانه‌تر روی قدرت تعامل این ذرات کمک کرد. این موضوع می‌تواند برای آزمایش‌های آینده که به دنبال مطالعه این بخش مرموز از ماده هستند، ارزشمند باشد.

همچنین، هنوز احتمال دارد که نسل بعدی فضاپیماهای علمی بتوانند نتایج مثبتی را به همراه بیاورند. پژوهشگران گفتند: بررسی‌های بهتر مشتری در مقایسه با کاسینی، برای دهه ۲۰۳۰ با «کاوشگر قمرهای یخی مشتری»(JUICE) آژانس فضایی اروپا برنامه‌ریزی شده‌اند که می‌تواند حساسیت بیشتری را به یونیزش ماده تاریک داشته باشد.

علاوه بر این، دانشمندان باور دارند که روش آنها را می‌توان در سایر سیارات فراخورشیدی نیز به کار برد. اگرچه این سیارات نسبت به مشتری، بسیار دورتر از زمین قرار دارند، اما بسیاری از آنها به طور قابل توجهی بزرگ‌تر هستند و همین موضوع، آنها را به گزینه بهتری در جذب ماده تاریک تبدیل می‌کند. سیاراتی که در مرکز کهکشان ما و جایی قرار دارند که انتظار می‌رود چگالی ماده تاریک بیشتر باشد، احتمالا می‌توانند ماده تاریک را با کارآیی بیشتری به تصویر بکشند.

پژوهشگران در پایان نوشتند: بررسی طیفی سیارات فراخورشیدی کهکشان در آینده با تلسکوپ‌هایی مانند «تلسکوپ فضایی جیمز وب»، «تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن» یا تلسکوپ‌های حساس‌تر می‌تواند حساسیت‌های فراسیاره‌ای را درک کند.

این پژوهش در مجله «Physical Review Letters» به چاپ رسید.