بخشی از مقاله
چکیده
چگالش گاز -qدگرگون را مورد بررسی قرار میدهیم و نشان میدهیم که بعنوان مدلی برای مادهی تاریک مناسب است. بطور ویژه به ازای مقدار خاصی از پارامتر دگرگونی، نشان میدهیم که سیستم در تمامی دماها، در فاز چگالیده خواهد بود و معادلهی حالت در فاز چگالیده نیز از معادلهی گاز کامل تبعیت میکند که با ماهیت غیر برهمکنشی بودن مادهی تاریک مطابقت دارد.
مقدمه
یکی از مدلهای شناخته شده برای توصیف مادهی تاریک، چگالیدهی بوز-اینشتین است که تا حدودی میتواند انتظارات را بر آورده کند. مثال استفاده از معادلهی گراوس- پیتاوسکی که برای چگالیدهی بوز-اینشتین بکار میرود تا حدودی توانسته است سرعت دوران اجرام سماوی لبهی کهکشانهای مختلف را توصیف کند. در کنار موفقیتهای این مدل، نارساییهایی نیز وجود دارد.[1-3] نتایج تجربی و استداللهای نظری حاکی از آن است که ذرات تشکیل دهندهی ماده تاریک عالوه بر آن که با دیگر صورتهای مواد نظیر باریونها و فوتونها، برهمکنش ندارد، اندرکنش متقابل نیز بین خود ذرات تشکیل دهنده وجود ندارد. بطوریکه انتظار می- رود معادلهی حالت ترمودینامیکی این ذرات، از همان معادلهی حالت گاز ایدهال پیروی کند.
تعمیمهایی بر آمارهای متدوال وجود دارد که هر کدام منشا متفاوتی دارند. آمار تعمیم یافتهی هالدنی، آمار بینهایت، -q بوزونها و -qفرمیونها و ... مثالهایی از این تعمیمها هستند. اخیرا نشان داده شده است که چگالیدهی آمار بینهایت میتواند گزینهی مناسبی برای مادهی تاریک باشد.[4] در این مقاله، چگالیدهی گاز -qبوزونها را مورد مطالعه قرار می- دهیم. دمای گذار فاز و معادلهحالت سیستم در فاز چگالیده را مورد مطالعه قرار میدهیم و سعی میکنیم از آن بعنوان نامزدی برای ماده تاریک بهره ببریم و نشان میدهیم که با انتظاراتمان از شود می توان به خصوصیات اخترفیزیکی از جمله، چگالی، سرعت ویژگیهای مادهی تاریک همخوانی مناسبی دارد. چرخش و مشخصات جرم دست یافت .[6,7]
مروری بر ماده تاریک
در بحث کیهان شناسی انچه موجب تعجب می شود مقایسه ساختار و مواد تشکیل دهنده جهان می باشد به طوری که مشخص شده بیشتر جرم موجود در جهان ساختار غیر باریونی - غیر از الکترون وپروتون - دارد. یعنی جهان از %4ماده باریونی، %22غیر باریونی - ماده تاریک - و%74 انرژی تاریک تشکیل شده در حقیقت 96%درصد جهان برای بشر مجهول وهمچنین غیر قابل مشاهده است.[5] از آنجا که ماده تاریک نقش مهمی در شکل گیری کهکشان دارد یکی از مسایل مهم در کیهان شناسی مدرن این است که ماده تاریک از چه چیزی ساخته شده است؟
به این منظور، برای مشخص کردن خصوصیات و توزیع ماده تاریک در کیهان، مشاهده منحنی چرخش کهکشانها، لنز گرانشی اجرام کیهانی و اشعه ایکس تولید شده مورد مطالعه قرار میگیرد که در بررسی داده های کیهانی منجر به این می شود که تقریبا %96 دیسک کهکشانها را ماده تاریک تشکیل میدهد و انتظاری که از ماده تاریک نامریی داریم این است که اوال هیچ باری نداشته باشد ثانیا ماده ای سرد باشد - دمای کنونی جهان - 2/7k و ثالثا عمری طوالنی داشته باشد.
یعنی از اغاز خلقت در کیهان حضور داشته باشد. برای توجیه این خصوصیات ماده تاریک مدلهای مختلفی ارایه شده است که یکی از مدلهای محبوب برای ماده تاریک چگالیدهی بوز- اینشتین می باشد. بر مبنای این مدل، در دمای پایین وکمتر از دما بحرانی، تمام ذرات درحالت پایه کوانتومی یکسان قرار میگیرند. در مدلBEC جزء اصلی ماده تاریک ذرات بوزونی در نظر گرفته می شود و میدانیم چگالش بوز انشتین در دمای پایین صورت میگیرد.
گرچه امروزه دمای متوسط عالم پایین و حدود 2/7k است، اما اگر مدل مهبانگ به عنوان مدلی برای ایجاد عالم باشد، بدیهی است که در زمانهای دور گذشته، دمای عالم باید به مراتب بیشتر از شرایط کنونی باشد. بنابراین مدلهای توصیف کنندهی مادهی تاریک با استفاده از چگالش بوز-ایشتین برای همه دورههای زمانی ناکارآمد به نظر میرسد. دلیل این امر آن است که دمای باالی عالم در دورههای زمانی قبلی میتوانسته باعث برانگیختگی-های ذرات و خروج سیستم از حالت چگالیده باشد.
