فهرست بستن

یافته‌های شگفت‌آور جدید دربارۀ “ماده تاریک”


بیگ بنگ: بسیار خوش‌بینانه خواهد بود اگر بگوییم که کنترل خوبی بر روی «ماده تاریک» داریم. اما حتی درک ِ اندک ما ممکن است نکته‌ی مهمی را از قلم انداخته باشد.

stsci h pa f x
نگاه هابل به خوشۀ کهکشانی MACS J1206: در دل این خوشه، تصاویر اعوجاج یافتۀ کهکشان‌های پس‌زمینه را می‌بینیم که مانند کمان‌ها و لکه‌هایی دیده می‌شوند. این اعوجاج‌ها دستاورد گرانش ماده‌ تاریک و اثر همگرایی گرانشی میباشد.

به گزارش بیگ بنگ، مشاهدات ِ جدید تلسکوپ فضایی هابل نشان می‌دهد که غلظت «ماده تاریک» در برخی از کهکشان‌ها، بسیار بالاتر از حد انتظار است. به گفته‌ی محققان، این غلظت‌ها با مدل‌های نظری تناقض دارد و نشان می‌دهد یک شکاف بزرگ در درک ما از “ماده تاریک” وجود دارد. در واقع شبیه‌سازی‌ها می‌توانند نادرست باشند یا ممکن است “ماده‌ تاریک” یک خاصیت ویژه داشته باشد که ما به طور کامل آن را درک نکرده‌ایم.

“ماسیمو منگتی”، فیزیکدان از موسسه ملی اخترفیزیک ایتالیا گفت: «محققان در این پژوهش مقایسۀ شبیه‌سازی‌ها و داده‌های این مطالعه آزمایشات دقیق زیادی را انجام دادیم و یافته‌های ما دربارۀ عدم‌تطابق همچنان پابرجا است. یک منبع احتمالی برای این اختلاف این است که ممکن است برخی از فیزیک‌های کلیدی را در شبیه‌سازی از قلم انداخته باشیم.»

“ماده تاریک” یکی از بزرگترین شکاف‌ها در درک ما از کیهان است. به زبان ساده می‌توان گفت که ما نمی‌دانیم “ماده تاریک” چیست. “ماده تاریک” تابش الکترومغناطیسی را جذب، منعکس یا ساطع نمی‌کند و باعث می‌شود به طور مستقیم قابل‌شناسایی نباشد. با این حال، از طریق نیروی گرانش با مادۀ مرئی کیهان، ارتباط برقرار می‌کند.

این بدان معناست که ما می‌توانیم نحوۀ توزیع و حرکت اجسامی مانند کهکشان‌ها و ستارگان را در جهان بررسی کنیم، گرانش مورد نیاز برای تولید ِ این توزیع‌ها و حرکات را محاسبه کرده و گرانش تولید شده توسط ماده‌ مرئی را محاسبه و کسر کنیم. گرانش ِ باقیمانده نشانگر میزان “ماده‌ تاریک” در جهان است – و از آنچه می‌توان گفت خیلی بیشتر است. تا آنجا که 85 درصد از مادۀ موجود در کیهان می‌تواند “ماده‌ تاریک” باشد.

اثر همگرایی گرانشی

یکی از راه‌هایی که می‌توانیم ماده تاریک را به طور غیرمستقیم «تشخیص دهیم» استفاده از روش «همگرایی گرانشی» است. اجرام بسیار عظیم مانند خوشه‌های کهکشانی آنقدر میدان گرانشی شدیدی ایجاد می‌کنند که خودِ فضا-زمان منحنی می‌شود – این یعنی هر نوری که از آن فضا-زمان عبور می‌کند در یک مسیر منحنی حرکت می‌کند. بنابراین، اجسامی که در قسمت انتهایی آن میدان گرانشی قرار دارند، مانند کهکشان‌های دوردست، برای ما بصورتِ بزرگنمایی شده، لکه‌دار، تکثیر شده و تحریف شده، به نظر می‌رسند.

با مطالعۀ این انحرافات و قرار دادن مجدد کهکشان‌ها در کنار هم می‌توانیم دریابیم که نور چگونه تحریف شده است، یعنی می‌توانیم از میدان گرانشی نقشه‌برداری کنیم – هرچه انحراف بزرگتر باشد، میدان گرانشی قوی‌تر است. یک بار دیگر، ماده مرئی – یک نقشه از ماده تاریک موجود در آن خوشه‌ی لنزینگ- را کسر کنید. این کار هوشمندانه است.

و این همان کاری بود که “منگتی” و تیمش با بررسی مشاهدات 11 خوشه کهکشانی با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل و تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانه‌ جنوبی اروپا در شیلی انجام دادند. خوشه‌های کهکشانی، بزرگ‌ترین ساختارهای کیهان هستند که از تک کهکشان‌ها تشکیل شده‌اند و بزرگ‌ترین انبارهای ماده‌ تاریک میباشند. کهکشان‌های درونِ خوشه‌ها نه تنها به طور عمده توسط ماده‌ تاریک کنار هم نگه داشته شده‌اند، بلکه خودشان هم انباشته از ماده‌ تاریک هستند.

“منگتی” توضیح داد: «خوشه‌های کهکشانی آزمایشگاه‌های ایده‌آلی برای درک این موضوع هستند که آیا شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای از کیهان به طور قابل اتکایی، آنچه را که می‌توانیم دربارۀ “ماده تاریک” و اثر متقابل آن با ماده درخشان استنباط کنیم، تولید می‌کنند یا خیر.»

هنگامی که این تیم اقدام به تجزیه و تحلیل داده‌ها کرد متوجه شد که اثرات عدسی‌های بزرگ مقیاس، همانطور که انتظار می‌رود به طور کلی توسط کهکشان تولید می‌شود. اما آنها همچنین اثرات عدسی‌های کوچکتر را در خود جای دادند. این عدسی‌های کوچک که توسط کهکشان‌های جداگانه تولید می‌شوند در شبیه‌سازی خوشه‌ها ظاهر نمی‌شوند و این نشان دهندۀ وجود ماده تاریکِ بیش از حد زیاد است.

heica
در این نما توده‌های کوچک ماده‌ تاریک به رنگ آبی دیده می‌شود. این هاله‌های آبی شیوۀ پراکندگی ماده‌ تاریک در خوشه‌ کهکشانی MACS J1206 را نشان می‌دهد.

اخترشناسان پی‌بردند که توده‌های کوچکی از ماده‌ تاریک در خوشه‌ها وجود دارد که اثرات همگرایی گرانشی‌ تا ۱۰ برابر قوی‌تر از آنچه انتظار می‌رود، پدید می‌آورند. این تیم برای بررسی یافته‌های خود، با استفاده از تغییر نور برای محاسبۀ سرعت ستاره‌های در حال چرخش، مشاهدات طیف‌سنجی از کهکشان‌ها را انجام داد. آنها محاسبات خود را دو بار بررسی کردند، زیرا این امر می‌تواند تفاوتی اساسی در محاسبات ماده تاریک ایجاد کند.

محققان دریافتند که غلظت ماده تاریک در کهکشان‌های جداگانه خیلی بیشتر از حد ِ مجاز است. اما شبیه‌سازی‌ها براساس بهترین درک ِ ما از “ماده تاریک” صورت گرفته‌اند- بنابراین جرم اضافی از کجا آمده است؟ خب، ما این را نمی‌دانیم اما این یک سفر هیجان‌انگیز برای کشف آن خواهد بود.

“پریاموادا ناتاراجان”، فیزیکدان ِ دانشگاه ییل گفت: «از نظر من شخصاً، تشخیص یک شکاف رو به تحلیل – یک عامل با اختلاف 10 در این مورد – بین مشاهده و پیش‌بینی نظری بسیار هیجان‌انگیز است. هدف اصلی تحقیق من آزمایش مدل‌های نظری با افزایش کیفیت داده‌ها برای یافتن این شکاف‌ها بوده است. نوع شکاف‌ها و ناهنجاری‌ها اغلب نشان می‌دهد که یا ما در نظریه‌ فعلی چیزی را از قلم انداخته‌ایم یا مسیرِ رسیدن به یک مدل کاملاً جدید را نشان می‌دهد که قدرت توضیح بیشتری خواهد داشت.» در هر صورت، کشف علت ایجاد اختلاف بین شبیه‌سازی و مشاهده احتمالاً ما را به درک قوی‌تری از “ماده تاریک” می‌رساند. این تحقیق در مجله‌ Science منتشر شده است.

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منابع: NASA , sciencealert.com

Let’s block ads! (Why?)

لینک منبع

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *