چگونه می توانیم چیزی که نامرئی است را آنالیز کنیم؟ - واندر هنگر

خبرنگاران| چطور می توانیم چیزی را که نامرئی است آنالیز کنیم؟ این مسئله برای منجمانی که بر روی ماده تاریک کار می نمایند، چالش بزرگی است. شبیه سازی های جدید نشان داده اند که اگر قادر به دیدن ماده تاریک بودیم، دقیقا چه شکلی بود. اگرچه 85 ٪ از کل دنیا، ماده تاریک است، با این حال هیچ تعاملی با نور ندارد و فقط از طریق اثر گرانشی بر روی نور و ماده آشکارسازی می گردد. کوشش ها برای مشاهده ماده تاریک از زمین، تا به امروز ناموفق بوده است.

به گزارش خبرنگاران؛ با وجود ماهیت گریزناپذیر ماده تاریک، چیز های زیادی در خصوص آن فهمیده ایم. می دانیم که این ماده فقط تاریک نیست و سرد نیز هست، در نتیجه می تواند به شکل توده درآید و منجر به تشکیل هسته خوشه های کهکشانی گردد. ماده تاریک همچنین باعث به وجود آمدن هاله کهکشان ها می گردد، که بیشتر جرم کهکشان را تشکیل می دهد. با این حال هنوز بسیاری از سوالات ما درباره ماده تاریک بی پاسخ مانده است؛ بنابراین ستاره شناسان اغلب، مدل های جدیدی را برای ماده تاریک ارائه می دهند و برای سنجیدن دقت این مدل ها، آن ها را با رصد های انجام شده مقایسه می نمایند. یکی از راه های انجام این کار، شبیه سازی از طریق رایانه های پیچیده است. اخیرا تیمی از مرکز اخترفیزیک هاروارد یک شبیه سازی دقیق از ماده تاریک انجام داده اند و به نتایج شگفت انگیزی دست یافته اند.

دقت هر شبیه سازی به پیش فرض هایی که ارائه می گردد، بستگی دارد. دراین حالت، تیم تحقیقات فرض نموده است که ماده تاریک شامل کنش های ضعیف ذرات بزرگ (WIMP) با جرمی در حدود 100 برابر یک پروتون است. WIMP یکی از مشهورترین نظریه ها در خصوص ماده تاریک است. در این شبیه سازی همان طور که مشاهده میگردد هاله هایی در اطراف کهکشان تشکیل میگردد. این هاله ها، بیشترین تراکم را در قسمت مرکزی دارند و در لبه ها پخش می شوند.

یکی از ایده هایی که در خصوص ماده تاریک وجود دارد این است که وقتی ذرات ماده تاریک با هم برخورد می نمایند تشعشات گاما منتشر می نمایند. بعضی از رصد های انجام شده در طول موج گاما نشانگر وجود بیش از حد پرتوی گاما در مرکز کهکشان ما هستند که می تواند به علت ماده تاریک باشد. ماده تاریک یکی از بزرگترین مسائل حل نشده در دنیای نجوم مدرن است. اگرچه ما خیلی علاقه مند به آشکارسازی مستقیم آن هستیم، اما تا زمانی که این اتفاق بیافتد، شبیه سازی هایی از این دست یکی از قدرتمندترین ابزار های ما برای درک بهتر ماده تاریک خواهد بود.

ماده تاریک را بهتر بشناسیم

ماده تاریک چیزی است که بخش اعظم و تقریبا کل دنیا را تشکیل داده است، اما فعلا مطلقا نمی دانیم که چیست. در واقع، قلمرو تاریکی از ماده سیاه می تواند همین الان درست جلوی بینی ما وجود داشته باشد. ماده تاریک اختراع شده است تا پدیده هایی را شرح دهد که به نظر می رسد ناشی از وجود میزان خاصی از جرم باشند که از جرم موجود مشاهده شده در دنیا بیشتر است.

نظریه ماده تاریک برای شرح بسیاری از مشاهدات گیج نماینده نجومی مطرح شده است. برای مثال، بر اساس یکی از این مشاهدات ستاره ها در فضای بیرونی کهکشان های مارپیچی مثل کهکشان ما، به سرعت در حال چرخش اند. همانند بچه ای که سوار بر چرخ وفلکی پر سرعت است، این ستارگان باید به فضای بین ستاره ای پرت شوند؛ اما چنین اتفاقی رخ نمی دهد. اخترشناسان استدلال می نمایند که برای این مساله، باید از اثرات گرانشی ماده بسیار بزرگی که هیچ نور قابل تشخیصی از خود ساطع نمی نماید، متشکر باشیم.

دومین مشاهده ای که از ماده تاریک برای شرح آن استفاده می گردد، این واقعیت است که هم اکنون شما در حال خواندن این کلمات هستید. مشاهدات تابش زمینه کیهانی (CMB) نشان می دهد در آغاز خلقت دنیا، ماده به شکل خیلی یکنواختی در سراسر فضا پخش شده است.

با این وجود، مناطقی هستند که چگالی شان از حد متوسط اندکی بیشتر بوده است. این نواحی که جاذبه قوی تری نسبت به مناطق اطراف خود داشتند، سریع تر از سایرین ماده را به درون خود کشیدند و حتی چگال تر هم شدند. اما این فرایند بسیار کند تر از آن است که بتواند کهکشانی به بزرگی راه شیری را در عمر 8/13 میلیارد ساله کیهان بسازد. برای آنکه بتوانیم وجود امروز خود را شرح دهیم، نیازمند فرض مقدار خیلی زیادی از ماده تاریک هستیم که جاذبه فوق العاده زیادش، شکل گیری کهکشان ها را به شدت تسریع می نماید و شتاب می دهد.

بر اساس آخرین مشاهدات اخترشناسان و همچنین مدل های ریاضی کیهان شناسی، ماده معمولی که من، شما و همه چیز های دیگر را تشکیل می دهد، تنها 9/4 درصد از کل محتوای جرم-انرژی دنیا قابل مشاهده را تشکیل می دهد. در مقابل، ماده تاریک 8/26 درصد از این محتوای جرم-انرژی را شکل می دهد و باقی آن نیز از انرژی تاریک تشکیل شده است؛ موجودی که حتی از ماده تاریک هم مرموزتر است.

اعتقاد عمومی کیهان شناسان بر این است که کهکشان راه شیری ما از یک ابر چرخان کروی بزرگ از ماده تاریک، آمیخته با اندکی ماده معمولی شکل گرفته است. ماده معمولی این ابر کروی تحت اثر گرانش آغاز به جمع شدن و کوچک شدن کرد و با توجه به اینکه جمع شدگی در قطب ها سریع تر از اطراف خط استوا رخ می دهد (چرا که در استوا نیروی گریز از مرکز با جاذبه مقابله می نماید)، نتیجه نهایی صفحه نازک مسطحی بود که در نهایت نیز تکه تکه و به ستاره ها تبدیل شد.

تنها عاملی که این رخداد را ممکن ساخت، این بود که ماده معمولی قادر بود گرمای خود را پخش کند؛ حرارتی که نیرویی به سمت خارج ایجاد می کرد و از انقباض ابر بر اثر گرانش جلوگیری می کرد. روش ماده معمولی برای این فرایند، تابش این انرژی گرمایی به شکل امواج الکترومغناطیسی یا نور بود.

با این وجود، مهم ترین بخش داستان این است که ماده تاریک نمی تواند نوری از خود ساطع کند و بنابراین قادر نیست انرژی خود را از دست دهد و به شکل صفحه ای مسطح جمع گردد. در نتیجه ماده تاریک به شکل ابر کروی باقی مانده است. این شرحات کهکشان ما را به شکل قرص مارپیچی مسطحی از ستارگان تصویر می نماید که در ابری کروی از ماده تاریک قرار گرفته اند. این ابر کروی به راحتی می تواند سرعت ستاره های چرخان به دور کهکشان ما را شرح دهد.