ماده تاریک چیست ؟

ماده تاریک نوع مرموزی از ماده است که با هیچ گونه تشعشع الکترومغناطیسی واکنش نمی‌دهد (مانند نور)، از خود نوری ساتع نمی‌کند و نور از آن منعکس نمی‌شود. اگرچه این ماده هیچگاه مستقیم کشف نشده است، اما شواهد زیادی برای حضورش در کیهان وجود دارد.

مدارکی برای اثبات ماده تاریک

“Fritz Zwicky” این تئوری را در دهه ۱۹۳۰ تا ۱۹۴۰ ارائه داد، زمانی که در حال رصد خوشه کهکشانی نزدیک و پرجمعیت “کما” بود. با مشاهده نوری که کهکشان‌های این خوشه می‌فرستادند، او جرم کلی خوشه را تخمین زد. اما وقتی که سرعت کهکشان‌ها را سنجید، متوجه شد که کهکشان‌ها با چنان سرعتی در حرکت هستند که خوشه باید از هم بپاشد؛ گرانش جرمی در این سامانه خیلی کم بود.

اینطور به نظر نمی‌رسید که او این خوشه را در شرف فروپاشی رویت کرده باشد. در واقع، مقدار خیلی بیشتری از جرم قابل محاسبه این کهکشان‌ها، به این خوشه اضافه شده بود و نمی‌گذاشت که از هم بپاشد. او پیشنهاد کرد که نوعی ماده‌ نامرئی باید دستی در کار داشته باشد، ماده‌ای که اثرات گرانشی بسیار شدید و قابل سنجشی دارد اما رفتارش همانند یک ماده معمولی نیست.

شواهد بیشتر برای جعلی نبودن این ماده از “چرخش منحنی مانند” هر کهکشان به دست آمد که رسم‌ها (نقشه‌هایی) هستند که سرعت چرخش ستارگان به دور مرکز کهکشان را با فاصله ‌آن‌ها با مرکز کهکشان مقایسه می‌کند. ستارگان نواحی بیرونی‌تر با چنان سرعتی می‌چرخند که نباید در قید و بند آن کهکشان باشند اما با این حال هنوز به آن وصل هستند. اگر درک ما از گرانش درست باشد، سرعت این ستارگان فقط با نظریه وجود ماده‌ای سنگین در نوار کهکشان توجیه می‌شود. کهیان‌شناسان معتقدند که “همگرایی گرانشی” دلیل حضور ماده تاریک است. وقتی که نور از کهکشانی دوردست به سمت زمین راه می‌افتد، باید از ساختار‌های کیهانی دیگری مانند خوشه‌های کهکشانی عبور کند، اما میدان گرانشی شدید خوشه مانند یک لنز عمل می‌کند و نور این کهکشان را خم می‌کند و بزرگنمایی رخ می‌دهد. تصویری که از کهکشان پشتی به دست می‌آید ممکن است شکل یک کمان یا حلقه‌ای از نور باشد و یا به چند تصویر تجزیه شود. چون میزان اعوجاج (خمیدگی) عکس به جرم خوشه جلویی بستگی دارد، ستاره‌شناسان از این پدیده برای اندازه‌گیری جرم خوشه کهکشانی استفاده می‌کنند که تقریباً همیشه رقمی حساب شده از این پدیده، از رقم به دست آمده از نور خوشه بسیار بیشتر است.

نوسانات تابش زمینه‌ای طیف مایکرووی کیهان (Cosmic Microwave Background Radiation – CMB)، که از زمان مهبانگ به جا مانده، مدارک بیشتری برای ماده تاریک است. کیهان‌شناسان می‌توانند چگالی و ترکیب کیهان را با استفاده از این نوسانات محاسبه کنند. با به کار گیری مشاهدات رصدخانه فضایی آژانس فضایی اروپا (ESA)، این محاسبات نشان داد که اتم‌ها فقط ۴٫۹% کل انرژی و ماده در کیهان را تشکیل می‌دهند. به علاوه، ماده معمولی تنها ۶/۱ کل ماده (عادی-تاریک) در کیهان را می‌سازد، بنابراین ماده تاریک ۲۷% از کل انرژی و جرم کیهان را شامل می‌شود.

در ادامه، شبیه سازی ساختارهای عظیم کیهانی فقط زمانی با مشاهدات هماهنگ می‌شوند که ماده تاریک نیز در نظر گرفته شود. شبیه‌ سازی‌ها بدون ماده تاریک نمی‌تواند تار و پودها و ساختارهای خالی را بسازند که “شبکه کیهانی” خوشه‌های کهکشانی را به وجود آورده‌اند.

طبیعت ماده تاریک

طبیعت آن کاملا گنگ و در هاله‌ای از ابهام است. در گسترده‌ترین مدل‌های مطالعاتی، دانشمندان اثبات کردند که ماده تاریک از ذرات سنگین کم واکنش (WIMPs) تشکیل شده است. این ذرات ریز اتمی در مدل استاندارد فیزیک ذرات حاضر نیستند، اما فیزیکدانان  جایی برای آن‌ها در مدل گسترده‌‎تری از مدل استاندارد به نام ابرتقارن‌ها در نظر گرفته‌اند. ویمپ‌ها (WIMPs) یا همان ذرات سنگین کم واکنش، کمی با مواد ساده از طریق گرانش و گاهی با نیروی هسته‌ای ضعیف واکنش نشان می‌دهند که نیروی هسته‌ای ضعیف یکی از ۴ نیروهای بنیادی جهان ماست (مابقی نیروهای بینادی : نیروی هسته‌ای قوی، نیروی گرانشی، نیروی الکترومغناطیسی هستند).

هم اکنون دانشمندان به دنبال پیدا کردن این ذرات هستند، با استفاده از آشکارگرهایی در معدن‌های زیرزمینی، یا غیر مستقیم به وسیله اشعه گامایی که ذرات در زمان نابودی باید از خود بفرستند. (برای روش دومی این ذرات باید ضد ذره خودشان باشند : ماده + ضد ماده = اثبات وجود). اگرچه، شکست‌های اخیر در مطالعات ”LUX“ یا آزمایشات زیرزمینی زنون (ماده تاریک)، “superCDMS” یا مطالعات بردوتی ماده سیاه (در دماهای بسیار پایین) و “LHC – The Large Hadron Collider“ یا شتاب‌دهنده بزرگ هادرونی به دانشمندان نشان داده که باید به مدل‌های پیچیده‌تری برای ویمپ‌ها نگاه بیاندازند.

البته، این احتمال است که درک کنونی ما از “گرانش و نظریه نسبیت کل انیشتین” به یک بازنگری اساسی احتیاج دارد. تا الان، “نسبیت کل” از همه آزمایشات سربلند بیرون آمده، اما بعضی از ستاره‌شناسان و فیزیکدانان متغیر‌های گرانش را بررسی می‌کنند، به مانند  “MOND” یا “دینامیک نیوتونی اصلاح شده” تا حضور ماده تاریک را نفی کنند.

 

مترجم : علی حبیبی

ممکن است شما دوست داشته باشید

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.