ایران اکازیون:پائول ساتر اخترفیزیکدان دانشگاه ایالت اوهایو و دانشمند مرکز علوم COSI، در این مقاله در مورد “ماده تاریک” نوشته: ماده تاریک چیزی بیش از یک نام است؛ در واقع یکی از اجزای اصلی کیهان ِ ماست. اما هیچگونه شباهتی با هرآنچه که در طول روز با آن سر و کار داریم ندارد. براساس تحقیقات انجام شده، این گونه از ماده، غیر قابل مشاهده است، چرا که حتی با نور نیز هیچ برهم کنشی ندارد.
به گزارش بیگ بنگ، گرانش یک نیروی کیهانی می باشد که ماده تاریک نیز به طرز مشابه اثر زیادی بر روی شکل و حرکت کهکشان ها دارد. اما ما قادر به دیدن این ماده نیستیم. به عبارت دیگر، به طور مستقیم نمی توانیم ماده تاریک را ببینیم. همانطور که ما ترجیح می دهیم که در جهان ِ ساده تر زندگی کنیم، ماده تاریک رویای تعدادی منجم پس از یک دوره رصد در شب نمی باشد بلکه نتیجۀ سال ها رصد دقیق ِ آسمان است که کیهان شناسان به این نتیجه رسیدند که مواد تشکیل دهندۀ کیهان، اکثرا غیر قابل مشاهده است.
بسیار داغ
نشانه های اصلی ماده تاریک در سال ۱۹۳۰ توسط دانشمندی به نام “فریتس تسوئیکی” به مطالعه مکان هایی در خوشه کهکشانی کما که پرتو ایکس از خود ساطع می کنند، می پرداخت. (این خوشه مجموعه ای از چند هزار کهکشان می باشد که در فاصله ۳۰۰ میلیون سال نوری از ما قرار دارد) لازم به ذکر است که خود کهکشان ها در تصویربرداری پرتو ایکس، مشخص نمی باشند اما مجموعه کهکشان ها در یک محیط گرم و رقیق پلاسما(نوعی گاز که ویژگی های منحصر به فردی دارد.) قرار دارند که از خود تابش های پرانرژی ساطع می کنند. فریتس تسوئیکی در محاسبات خود با تناقض هایی روبرو شد؛ پلاسما بیش از اندازه گرم می باشد.
سیستم های منظم مانند خوشه های کهکشانی از لحاظ تعادل مورد بررسی قرار می گیرند. در این جهت، تمایل گازهای پلاسما به انبساط با وارد شدن نیروی گرانش به سمت داخل خنثی می شود. در صورتی که خوشه ها برای میلیاردها سال شکل فعلی خود را حفظ کنند باید این نیروها همدیگر را خنثی کرده و حالت تعادل برای همیشه باقی بماند. اما هنگامی که تسوئیکی جرم همۀ کهکشان ها و همچنین خود پلاسما را با هم جمع بست به این نتیجه رسید که این جرم بسیار کوچک است و نمی تواند نیروی گرانش لازم برای خنثی کردن نیروی ناشی از منبسط شدن گازها را ایجاد کند و قائدتا باید این خوشه متلاشی می شد. به همین علت، او به وجود یک مادۀ ناشناخته به نام ماده تاریک(Dark Matter) پی برد.
بسیار سریع
ایدۀ وجود ماده تاریک تا دهه ۱۹۷۰ توسط بسیاری از دانشمندان رد می شد، اما زمانی که دانشمندی به نام “ورا روبین” محاسبات دقیقی در خصوص سرعت مداری ستارگان ِ کهکشان ها انجام داد، دوباره به تناقض هایی رسید. به عنوان مثال، ستارگان با سرعتی بسیار سریع به دور مرکز ِ کهکشان می چرخیدند و قائدتا کهکشان باید متلاشی می شد اما همه چیز کاملا متعادل بود. این مسئله، یکی دیگر از شواهدی بود که وجود ماده تاریک را اثبات می کرد. او معتقد بود که ممکن است ماده ای نامرئی در داخل و بیرون کهکشان ها، وجود داشته باشد که گرانش لازم برای جلوگیری از متلاشی شدن ِ کهکشان ها را به وجود آورد.
اما ممکن است درک ما از گرانش اشتباه باشد؛ کارهای نیوتن می توانند گردش سیارات منظومه شمسی را توجیه کنند اما هیچ گاه نمی توانند مقیاس های بزرگ نظیر حرکت کهکشان ها و غیره را توجیه نمایند. براساس شواهد گفته شده در بالا، نتیجه می گیریم که ماده تاریک وجود دارد. البته باید توجه داشته باشیم که دینامیک نیوتنی(دانشمندان سعی کرده بودند که با مکانیک نیوتنی توجیهی برای این گونه مسائل فیزیکی ارائه دهند) بسیار متحد منظم می باشد.
بسیار متورم
باز هم شواهد دیگری نیز وجود داشت. یکی از محکم ترین شواهد وجود ماده تاریک، تابش پس زمینه کیهانی بود(تابش هایی که از بقایای بیگ بنگ می باشند) این تابش ها به صورت کاملا منظم پراکنده شده اند و پراکندگی این تابش می تواند اطلاعات خوبی در مورد بیگ بنگ به ما بدهد. افت و خیزهای موجود در تابش زمینه کیهانی نیز از مواردی است که از لحاظ تعادل مورد بررسی قرار می گیرد. نیروهای مختلف در لحظات اولیۀ کیهان به پلاسماهای داغ و چگال وارد می شدند. فشار ناشی از تابش که به طرف بیرون به پلاسماها وارد می شد، توسط نیروی ناشی از گرانش خنثی می شد و زمانی که تابش پس زمینه کیهانی به وجود می آید، این برهمکنش بین نیروها تمام شده است و بیگ بنگ روی داده است.
با بررسی تابش پس زمینه کیهانی، اگر ما همۀ آنچه که می شناسیم در کیهان را یکجا بررسی کنیم؛ ماده تاریک، ماده معمولی، تابش ها، گرانش و غیره… می ببینیم که اطلاعات و محاسبات ما تا چه حد با رصدهای انجام شده، تطابق خواهد داشت. پس از بررسی به این نتیجه می رسیم که دینامیک نیوتنی و نیروی گرانش نیوتنی کارآمد نمی باشد و یک سری نیروهای تاریک، وارد عمل خواهند شد.
هنوز، همانطور که در علم رایج است، همیشه مواردی برای بحث کردن وجود دارد. دانشمندان معتقدند شاید همۀ رصدهای انجام شده تاکنون نتوانند به وسیلۀ وجود ماده تاریک توضیح داده شوند و شاید نسبیت عام(نظریه ای در مورد ماهیت گرانش) نظریۀ کامل و صحیحی در خصوص توضیح ِ ماهیت گرانش، نباشد. خوشه کهکشانی گلوله همان چیزیست که ما مدت ها به دنبال آن بودیم. دو خوشه کهکشانی فشرده که هر کدام در حدود هزار میلیارد برابر جرم خورشیدی هستند و مدت ها پیش به یکدیگر برخورد کردند و خوشه گلوله را به وجود آوردند. این رویداد انرژی بسیار بسیار زیادی آزاد کرد که در تاریخ کیهان بسیار کم سابقه می باشد. علاوه بر این، این پدیده موجب شد که بتوانیم به بررسی ساختار درونی این خوشه بپردازیم، چرا که این خوشه ها در اثر رویداد مذکور متلاشی شدند.
دانشمندان هر چه بیشتر به رصد این خوشه ها می پردازند، اطلاعات بیشتری کسب می کنند. براساس رصدهای انجام شده، نور ضعیفی در ناحیۀ مرئی از کهکشان های عضو خوشه ها به ما می رسد که با استفاده از آن به مکان یابی کهکشان ها و همچنین وضعیت آنها پس از تشکیل خوشۀ کهکشانی گلوله بپردازیم.(لازم به ذکر است که اطلاعات زیادی از وضعیتشان نمی توان بدست آورد.)
کهکشان ها در مقایسه با حجم خوشه بسیار کوچک هستند. آنها به سادگی مثل گروهی از زنبورهای عسل از کنار هم می گذرند. اشعه های ایکس ساطع شده از این خوشه، وجود ِ پلاسمای داغ بین کهکشان ها را نشان می دهند. گازها در نقطۀ میانی برخورد ِ خوشه ها در هم مخلوط شده و شوکی کمانی شکل، از خود گسیل می کند.(هنگامی که پلاسما در میدان مغناطیسی قرار می گیرد، حالتی شبیه کمان پیدا می کند) البته باید توجه داشت که اینها در مقیاس بسیار بزرگی می باشند.
همچنین همگرایی گرانشی به دانشمندان کمک کرد که موقعیت مکانی مواد را نشان دهند(خواه برهمکنش مستقیم با تابش داشته باشد یا خیر) براساس مسیر نور پس زمینه که توسط گرانش خم شده است. نقشه هایی که با همگرایی های گرانشی برای این خوشه کهکشانی تهیه شده، نشان دهندۀ نکته جالبی است؛ اکثر مواد در مرکز خوشۀ کهکشانی گلوله با پلاسمای گرم متمرکز نشده اند و همچنین به کهکشان ها نیز نزدیک نمی باشند. ماده ای که فراوانی بیشتری در این خوشه دارد با نور برهمکنشی ندارد.(در غیر این صورت ما آن را می دیدیم) و با خود نیز برهمکنش ندارد. (در غیر این صورت در طول برهم کنش در هم پیچیده می شدند)
ویژگی اولیه خوشه کهکشانی فشنگ
تمامی رصدهای انجام شده تاکنون بر روی خوشۀ کهکشانی گلوله، رویکرد جدیدی از وجود ماده تاریک، سرعت زاویه ای ستارگان در حال گردش به دور کهکشان خود و تابش پس زمینه کیهانی را به ما ارائه می دهند. طبیعت قصد دارد تا واقعیت را به ما نشان دهد و ما باید نهایت تلاشمان را برای فهمیدن آن بکار بگیریم. طبیعتا بخش زیادی از ماده موجود در کیهان از چیزی به نام “ماده تاریک” ساخته شده است که ذرات تشکیل دهندۀ آن نه با نور برهم کنش دارد و نه با ماده معمولی. ما هنوز اطلاعاتی در مورد ماهیت این ذرات پیدا نکرده ایم اما در صدد بدست آوردن اطلاعات از آنها هستیم. دیر یا زود، طبیعت به ما نشان خواهد داد.
مترجمان: زهرا شریفی – امیر علی توجه/ سایت علمی بیگ بنگ
منبع: space.com