ایران اکازیون:محققان دانشگاه بن و دانشگاه کالیفرنیا در ایروین با استفاده از شبیه‌سازیهای پیشرفته کامپیوتری آزمایشی طراحی کردند تا بتواند پاسخگوی این سوال مهم در اخترفیزیک باشد که آیا ماده تاریک واقعاً وجود دارد؟ یا قانون گرانش نیوتن نیاز به اصلاح دارد؟ این مطالعه جدید، هم اکنون در Physical Review Letters منتشر شده، نشان میدهد که پاسخ این سؤال در حرکت ستارگان، درون کهکشانهای ماهواره‌ای کوچکی که به دور راه شیری در حال چرخش هستند، نهفته است.
به گزارش بیگ بنگ، با استفاده از یکی از سریعترین ابرکامپیوترها در جهان، دانشمندان توزیع ماده در آنچه که کهکشانهای کوتوله ماهواره‌ای نامیده میشوند را شبیه‌سازی کردند. اینها کهکشانهای کوچکی هستند که به دور کهکشانهای بزرگی همچون راه شیری یا آندرومدا میچرخند. محققان بر رابطه‌ای که رابطه شتاب شعاعی(RAR) نامیده میشود، متمرکز شده‌اند. در کهکشانهای مدور یا دیسکی، ستارگان در مدارهایی دایره‌ای در اطراف مرکز کهکشان حرکت می کنند. شتابی که آنها را وادار به تغییر جهت می کند به علت گرانش ماده در کهکشان است. RAR رابطۀ بین این شتاب و شتابی که توسط ماده قابل رؤیت ایجاد می شود را توصیف می کند. این موضوع بینشی جدید از ساختار کهکشان‌ها و توزیع ِ ماده‌شان را فراهم می آورد.
پروفسور دکتر کریستانو پورجیانی از مؤسسه آرگلاندر برای نجوم در دانشگاه بن گفت: «ما برای اولین‌بار “رابطه شتاب شعاعی” کهکشانهای کوتوله را با فرض اینکه ماده تاریک وجود دارد را شبیه‌سازی کردیم. مشخص شد که آنها همچون نسخه‌های کوچک شده کهکشانهای بزرگتر رفتار می کنند.” اما اگر ماده تاریک وجود نداشته باشد و در عوض گرانش با آنچه نیوتن تصور میکرد متفاوت باشد چه؟ محقق امیلیو رومانو-دیاز توضیح داد: «در این حالت، “رابطه شتاب شعاعی” کهکشانهای کوتوله به شدت به فاصلۀ با کهکشانهای بزرگترشان وابسته بوده، در حالیکه اگر ماده تاریک وجود داشته باشد، این اتفاق نمیافتد.»
این تفاوت، کهکشانهای کوتوله ماهواره‌ای را به کاوشگری قدرتمند برای آزمودن اینکه آیا ماده تاریک وجود دارد، تبدیل می کند. فضاپیمای گایا که توسط ایستگاه فضایی اروپا در سال ٢٠١٣ پرتاب شد، میتواند پاسخ این سؤال را بدهد. این فضاپیما برای مطالعۀ ستارگانی در راه شیری و کهکشانهای ماهواره‌ای آنها با جزئیاتی بی‌سابقه طراحی شده است و تا کنون مقدار زیادی از اطلاعات را جمع‌آوری کرده است.
با این حال، احتمالاٌ سالها طول می کشد تا این داده‌ها مورد تحلیل و آنالیز قرار بگیرند. دانشجوی دکترا انریکو گارالدی گفت: «اندازه‌گیری‌ها برای آزمایش ِ تفاوت‌های کوچکی که در شبیه‌سازی‌هایمان با آنها برخورد کردیم، کافی نیستند. اما مکرراً با بررسی همان ستارگان، اندازه‌گیری‌ها را بهبود می بخشیم. دیر یا زود، باید مشخص شود که آیا کهکشانهای کوتوله در جهانی با ماده تاریک یا بدون ماده تاریک رفتار می کنند.»
چسبی که کهکشان‌ها را با همدیگر نگه میدارد
این سوال یکی از مهمترین مسائل در کیهان‌شناسی امروزی است. وجود ماده تاریک بیش از ۸۰ سال پیش توسط “فریتس زوئیکی”اخترشناس سوییسی پیشنهاد شد. او فهمید که کهکشان‌ها در خوشه‌های کهکشانی که واقعاً باید از همدیگر جدا شوند، بسیار سریع حرکت می کنند. بنابراین او وجود ماده‌ای پنهان که به دلیل جرمش گرانشی کافی برای نگه داشتن کهکشان‌ها در مدارهای مشاهده شده‌شان وارد می کند، را پیشنهاد داد. در دهه ۱۹۷۰ “ورا روبین” همکار او در ایالات متحده آمریکا، پدیدهای مشابه در کهکشانهای مارپیچی شبیه کهکشان راه شیری کشف نمود. اگر فقط ماده قابل مشاهده وجود داشته باشد چون آنها به سرعت دوران میکنند، نیروی گریز از مرکز باید آنها را از یکدیگر جدا کند.
امروزه همه فیزیکدانان متقاعد شده‌اند که ماده تاریک در حدود ۸۰ درصد از جرم جهان را به خود اختصاص می دهد. از آنجا که با نور اندرکنشی ندارد، برای تلسکوپ‌ها غیرقابل مشاهده است. هنوز، فرض وجود ماده تاریک تناسب فوق‌العاده‌ای با تعدادی از مشاهدات – همچون توزیع تابش پس‌زمینه ناشی از بیگ بنگ را فراهم می آورد. ماده تاریک همچنین توضیحی خوب برای نحوۀ قرارگیری و آهنگ تشکیل کهکشان‌ها در جهان ارائه می دهد. با این حال، با وجود چندین تلاش آزمایشگاهی، دلیلی مستقیم از اینکه ماده تاریک وجود دارد، در دست نیست. این امر باعث شده که منجمان به فرضیه‌ای فکر کنند که نیروی گرانشی خودش ممکن است متفاوت با آنچه قبلاً تصور می شد، باشد. مطابق با نظریه‌ای که دینامیک نیوتنی اصلاح شده(MOND) نامیده می شود، گرانش بین دو جرم فقط در نقطه‌ای خاص از قانون نیوتن پیروی می کند. در شتاب‌های بسیار پایین، همانند آنچه در کهکشان‌ها حکمفرماست، گرانش به طور قابل توجهی قوی‌تر می شود. بنابراین، کهکشان‌ها به دلیل سرعت دورانشان از هم جدا نشده و نظریه MOND میتواند با ماده تاریک کنار بیاید.
ترجمه: سوران زوراسنا/ سایت علمی بیگ بنگ
منبع: phys.org
