تلسکوپ هابل مشکلات اساسی درک ما از ماهیت ماده تاریک را آشکار کرد

تلسکوپ هابل مشکلات اساسی درک ما از ماهیت ماده تاریک را آشکار کرد

ماهیت ماده تاریک به تازگی توسط اکتشافات جدید تلسکوپ فضایی هابل مورد سوال قرار گرفته و به نظر می‌رسد که تاکنون بخش مهمی از تصورات ما در این رابطه غلط بوده‌اند.

ماهیت ماده تاریک یک از ناشناخته‌ترین و عجیب‌ترین موضوعات دنیای ستاره شناسی و فیزیک بوده و با اینکه مدت‌ها از کشف وجود این ماده مرموز می‌گذرد، به نظر می‌رسد که هنوز به پرده‌برداری از اسرار آن نزدیک نشده‌ایم. در همین رابطه کشف جدید تلسکوپ فضایی هابل هم محدودیت‌های درک ما از ماده تاریک را آشکار کرده است.

اخیرا دانشمندان به کمک داده‌های جمع‌آوری شده توسط تلسکوپ فضایی هابل دریافته‌اند که ماده تاریک موجود در برخی کهکشان‌ها، بسیار بیشتر از آن چیزی است که پیش از این تصور می‌شد. در واقع تا به امروز اطلاعات چندانی در مورد ماهیت این پدیده در دست دانشمندان نبوده و اثبات کشف اخیر نشان می‌دهد که همین درک محدود ما هم اشکالاتی اساسی داشته است.

ابهامات ماهیت ماده تاریک

در مورد ماهیت ماده تاریک (Dark matter) باید بگوییم که در مشاهدات متعدد اختر فیزیک، دانشمندان ویژگی‌ها و پدیده‌هایی را رصد کرده‌اند که تنها می‌توان از طریق تعریف ماهیتی به نام ماده تاریک آن‌ها را توجیه کرد. گفته شده که این ماده ۸۵ درصد از تمامی اجرام موجود در کیهان را مال خود کرده و همان‌طور که اشاره کردیم تا به امروز اطلاعات چندانی در مورد آن کسب نشده است.

به همین ترتیب، مشاهدات اخیر تلسکوپ فضایی هابل با نظریه‌های پیشین ما در رابطه با مقدار مورد انتظار ماده تاریک موجود در کهکشان‌ها همخوانی ندارد؛ چنین ناهماهنگی باعث شده تا دانشمندان در مورد صحت نظریات پیشین خود شک کنند و این احتمال مطرح شود که به واسطه ویژگی‌ها ناشناخته و مبهمی از ماده تاریک، مدل‌سازی‌های قبلی مربوط به این ماهیت کاملا در اشتباه بوده‌اند.

اختر فیزیکدان ماسیمو منگتی (Massimo Meneghetti) از موسسه ملی اختر فیزیک ایتالیا می‌گوید که پیش از هر چیز او و تیمش احتمال خطای اندازه‌گیری و بروز اشتباهات محاسباتی به هنگام تخمین اندازه ماده تاریک موجود در این کهکشان‌ها را در نظر گرفتند؛ با این حال بررسی صحت داده‌ها از یک طرف و اثبات درستی مدل‌سازی‌ها از طرف دیگر، همچنان به ناهماهنگی موجود بین مشاهدات و انتظارات دانشمندان اشاره دارد.

منگتی می‌گوید که به احتمال قوی، یکی از اصلی‌ترین خواص فیزیکی موجود در ماهیت ماده تاریک از نظر آن‌ها پنهان مانده و به همین دلیل مدل‌سازی‌های انجام شده بدون در نظر گرفتن این ویژگی از ابتدا به سمتی غلط کشیده شده‌اند.

ردیابی ماده تاریک

همان‌طور که اشاره شد، ماده تاریک یکی از بزرگ‌ترین ابهامات دانش بشری به شمار می‌رود؛ به بیان ساده ما نمی‌دانیم که این پدیده دقیقا چیست و از آنجایی که ماده تاریک هیچ نوع تابش الکترومغناطیسی را ساطع، بازتاب و یا جذب نمی‌کند، ابهامات و نادانسته‌های ما همچنان پا بر جا هستند؛ در واقع چنین مسئله‌ای باعث شده تا مشاهده مستقیم ماده تاریک غیر ممکن شود، اما از آنجایی که این ماهیت از طریق نیروی گرانش با مابقی اجرام قابل رویت موجود در کیهان تعامل دارد، می‌توانیم به صورت غیر مستقیم از وجود آن اطمینان داشته باشیم.

دانشمندان از این طریق گسترش و تعداد ستاره‌ها و کهکشان‌های موجود در کیهان را رصد کرده و با انجام محاسبات گرانشی، میزان انرژی مورد نیاز برای فواصل موجود و حرکت‌های رصد شده را اندازه‌گیری می‌کنند؛ در مرحله بعدی گرانش کلی از گرانش اجرام قابل رویت حذف شده و در نهایت نیروی جاذبه به وجود آمده از طریق ماده تاریک مشخص می‌شود.

گرانش باقی مانده به ما می‌گوید که با وجود نادانسته‌ها از ماهیت ماده تاریک این پدیده تقریبا ۸۵ درصد اجرام کل کیهان را مال خود کرده است. یکی از روش‌های غیر مستقیم موجود برای پی بردن به وجود ماده تاریک، همگرایی گرانشی (Gravitational lensing) بوده که از طریق استفاده از تاثیر گرانشی اجرام فوق‌العاده عظیم، امکان مشاهده اجرام دیگر را فراهم می‌کند.

تلسکوپ هابل مشکلات اساسی درک ما از ماهیت ماده تاریک را آشکار کرد

به بیان دیگر در روش مورد نظر به واسطه جاذبه فوق‌العاده قدرتمند اجرامی مانند خوشه‌های کهکشانی، تار و پود فضا زمان در اطراف این اجرام خم شده و وقتی سیاره، ستاره یا کهکشان دیگری پشت این اجرام قرار داشته باشد، خمیدگی مورد نظر مانند یک ذره‌بین عمل کرده و نور دریافتی را چندین برابر می‌کند.

پی بردن به ابهامات جدید ماهیت ماده تاریک

در حالت کلی از روش همگرایی گرانشی برای مشاهده اجرام فوق‌العاده دور استفاده می‌شود و تاکنون تعداد بسیار زیادی سیاره فراخورشیدی و اجرام دیگر از این طریق رصد شده‌اند؛ اما جالب است بدانیم که نور ذره‌بینی شده دریافتی توسط تجهیزات زمینی که از خمیدگی موجود عبور کرده، می‌تواند اطلاعات دیگری را هم به ما بدهد.

محققان می‌توانند با کنار هم گذاشتن نور دریافتی، تعیین کنند که پشت خمیدگی فضا زمان چه چیزی وجود داشته و گرانش موجود در خمیدگی تا چه حد بوده است؛ از این طریق قدرت خمیدگی مشخص شده و اگر بتوانیم گرانش ناشی از مواد قابل رویت موجود در خمیدگی را تعیین کنیم، با کسر گرانش این مواد از گرانش کلی، جاذبه به وجود آمده از طریق ماده تاریک مشخص شده و در نهایت میزان ماده تاریک موجود هم تعیین می‌شود. روشی فوق‌العاده هوشمندانه!

این روش توسط تیم منگتی باعث پی بردن به ابهامات جدید ماهیت ماده تاریک شد و این دانشمندان با در نظر گرفتن داده‌های مربوط به تلسکوپ فضایی هابل و همچنین تلسکوپ VLT رصدخانه جنوبی اروپا در شیلی که از ۱۱ خوشه کهکشانی جمع‌آوری شده بودند، به کشف اخیر دست یافتند.

منگتی می‌گوید که خوشه‌های کهکشانی آزمایشگاه‌های ایدئالی هستند که به ما امکان آزمایش شبیه‌سازی‌های کامپیوتری انجام شده را می‌دهند؛ در واقع از این طریق می‌توان مشخص کرد که آیا مدل‌سازی‌ها ما به درستی نقش ماده تاریک در کیهان را نشان می‌دهند یا خیر؟

یک ماجراجویی هیجان‌انگیز

تیم موسسه ملی اختر فیزیک ایتالیا با بررسی داده‌های مورد نظر قابلیت خم کردن تار و پود فضا زمان توسط این خوشه‌ها را مشخص کردند، اما در این میان دیده شد که خمیدگی‌های کوچکی داخل هر خوشه وجود دارد که توسط کهکشان‌های مجزای درون خوشه به وجود آمده‌اند و تاثیر آن‌ها در مدل‌سازی‌ها لحاظ نشده است؛ این مسئله به وجود مقدار بیشتری ماده تاریک نسبت به تصورات پیشین اشاره می‌کند.

برای تعیین این مسئله عجیب در مورد ماهیت ماده تاریک تیم منگتی از تکنیکی پایه‌ای برای تعیین سرعت ستاره‌های این کهکشان‌ها استفاده کردند و با رصد طیف‌سنجی، میزان ماده تاریک هر کهکشان را به صورت مجزا و از روشی دیگر اندازه گرفتند. از طرف دیگر برای اطمینان بیشتر از صحت داده‌ها فاصله کهکشان‌ها تا زمین هم مجددا اندازه گرفته شد.

تلسکوپ هابل مشکلات اساسی درک ما از ماهیت ماده تاریک را آشکار کرد

همان‌طور که گفتیم، در نهایت دیده شد که مقدار بسیار بیشتری ماده تاریک در این کهکشان‌ها وجود دارد و مدل‌سازی‌های به کار رفته توسط دانشمندان به هیچ وجه وجود این مقدار ماده تاریک را پیش‌بینی نکرده بود؛ البته این پیش‌بینی‌ها بر اساس درک کنونی ما از ماهیت ماده تاریک هستند و احتمال وجود ایرادات اساسی در درک ما، از سایر احتمالات قوی‌تر است. ما نمی‌دانیم که این ماده تاریک اضافی دقیقا از کجا آمده، اما همان‌طور که منگتی و تیمش در مقاله خود اظهار کرده‌اند، پیدا کردن جواب این سوال یک ماجراجویی هیجان‌انگیز خواهد بود.

پیشرفت دانش اختر فیزیک

پیریاموادا ناتاجان (Priyamvada Natarajan)، اختر فیزیکدانی از دانشگاه ییل آمریکا می‌گوید که پیدا کردن ناهماهنگی در این حد بین مشاهدات دنیای واقعی و انتظارات دانشمندان در مدل‌سازی‌ها شگفت‌انگیز است. این دانشمند و همکارانش از طریق مقایسه داده‌های جمع‌آوری شده توسط تجهیزاتی مانند تلسکوپ هابل، صحت نظریه‌های خود را بررسی می‌کنند و از آنجایی که با گذر سال‌ها کیفیت داده‌ها و توانایی تجهیزات بهتر می‌شوند، دائما فرصت آزمایش نظریه‌های موجود هم فراهم خواهد بود.

چنین اختلافاتی بین انتظارات دانشمندان و آنچه در دنیای واقعی وجود دارد همیشه مولفه مهمی در پیشرفت علم بوده و شکاف کشف شده بین درک ما از ماهیت ماده تاریک و آنچه در خوشه‌های کهکشانی مورد نظر کشف شده، کمک بزرگی به پیشرفت دانش اختر فیزیک می‌کند.

مقاله تیم منگتی در ژورنال “Science” منتشر شده است.

پاسخ بدهید

وارد کردن نام و ایمیل اجباری است | در سایت ثبت نام کنید یا وارد شوید و بدون وارد کردن مشخصات نظر خود را ثبت کنید *

*

یک دیدگاه