کشف جدید دانشمندان درباره نظریه ماده تاریک با استفاده از تلسکوپ هابل

ساعت 24-دانشمندان با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل و نظریه نسبیت عام اینشتین موفق به کشف کوچکترین توده ماده تاریک‌ای که تابه‌حال شناسایی شده است، شدند. جرم این توده، ۱۰۰ هزار برابر کمتر از جرم ماده تاریک کهکشان راه شیری است. این توده‌ نسبتا کوچک ماده تاریک، همچنین تطابق خوبی با یکی از پیشرفته‌ترین نظریات ماده تاریک یعنی ماده تاریک سرد دارد.

div title="کشف جدید دانشمندان درباره نظریه ماده تاریک با استفاده از تلسکوپ هابل">

ما درواقع نمی‌دانیم که ماده تاریک چیست. ما نمی‌توانیم آن را به‌طور مستقیم شناسایی کنیم. چیزی که ما می‌دانیم این است که اگر ما فیزیک کنونی را بر آنچه که مستقیما می‌توانیم ببینیم اعمال کنیم، کیهان آنطور که باید، عمل نخواهد کرد. برای مثال، ستارگان موجود در لبه کهکشان‌ها تحت تاثیر این ماده ناشناخته، سریع‌تر از آنچه که باید، حرکت می‌کنند.

ما این جرم را ماده تاریک می‌نامیم و چندین فرضیه درباه انواع آن وجود دارد که عبارتند از ماده تاریک داغ (داغ بدین معنی که ذرات داخل آن با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند) و ماده تاریک سرد (سرد به این معنی که ذرات داخل آن کندتر از سرعت‌های نسبیتی حرکت می‌کنند).

اکثر شواهد مشاهداتی و مدل‌های فعلی، به نفع ماده تاریک سرد هستند، اما اثبات این موضوع چندان راحت نیست. یکی از چیزهایی که می‌تواند سرنخ‌هایی را در اختیار ما قرار دهد، شناسایی توده‌های کوچک ماده تاریک است.

ذرات ماده تاریک داغ، بسیار سریع‌تر از آن هستند که اجازه تشکیل توده‌های کوچک‌تر را بدهند. اما اگر ماده تاریک با سرعت پایینی حرکت می‌کند (نظریه ماده تاریک سرد)، بنابراین آن توده‌های کوچک ماده تاریک باید جایی در کیهان وجود داشته باشند.

با این‌حال، یافتن آن‌ها به این راحتی نیست. همانطور که در بالا گفتیم ما قادر به مشاهده مستقیم ماده تاریک نیستیم. اما ستاره‌شناسان حضور آن را می‌توانند براساس اثری گرانشی‌ که بر روی ماده قابل‌رویت اطرافش می‌گذارد، حدس بزنند. برای مثال، حرکت سریع ستارگان در لبه کهکشان‌ها نشان‌دهنده وجود ماده پرجرمی در آن حوالی است.

چیز دیگری که گرانش بر روی آن اثر می‌گذارد، نور است. اگر ماده پرجرمی مانند یک خوشه کهکشانی، بین ما و یک منبع نور قرار داشته باشد، اثر گرانشی آن باعث خمیده شدن فضازمان و در نتیجه خم شدن مسیر نور می‌شود؛ اتفاقی که باعث تولید چندین تصویر از منبع نور می‌شود (تصویر زیر).

به این پدیده، همگرایی گرانشی (gravitational lensing) گفته می‌شود که توسط نظریه نسبیت عام اینشتین پیش‌بینی شده است. در موارد نادر، اجرام ایجادکننده این پدیده طوری نسبت به هم قرار می‌گیرند که چهار تصویر در اطراف جرم همگراکننده تولید می‌شود. به این پدیده، صلیب اینشتین می‌گویند.

حالا سوال اینجاست که این موضوع چه ربطی می‌تواند به ماده تاریک سرد داشته باشد؟ باید بگوییم که اثر گرانشی توده ماده تاریک سرد، باید در تفاوت‌های موجود بین هر کدام از تصاویر منبع نور پس‌زمینه که در اطراف لنز (جرم همگراکننده پیش‌زمینه) خمیده شده‌اند، قابل مشاهده باشد.

برای کشف این اثر گرانشی، تیم تحقیق از تلسکوپ فضایی هابل برای مطالعه هشت صلیب اینشتین که در اثر خم شدن نور تعدادی از کهکشان‌های بسیار درخشان، توسط گرانش کهکشان‌های عظیم موجود در پیش‌زمینه (لنز) ایجاد شده بود، استفاده کردند.

Daniel Gilman، فیزیکدان از دانشگاه کالیفرنیا می‌گوید: این کهکشان‌های عظیم، درست مانند یک ذره‌بین بزرگ عمل می‌کنند و توده‌های کوچک ماده تاریک می‌توانند به‌عنوان ترک‌های کوچکی بر روی این ذره‌بین رفتار کرده و باعث تغییر روشنایی و موقعیت تصاویر صلیب‌ها شوند.

تیم تحقیق ابتدا چگونگی خم شدن نور کهکشان‌های بسیار درخشان پس‌زمینه را توسط لنز پیش‌زمینه اندازه‌گیری کردند. آن‌ها سپس روشنایی و موقعیت ظاهری هر کدام از صلیب‌ها را با پیش‌بینی‌هایی نظریه نسبیت عام اینشتین (بدون حضور ماده تاریک) مقایسه کردند.

انجام این مقایسه‌ها باعث شد تا دانشمندان پی به وجود توده‌های ماده تاریکی ببرند که تغییراتی را در روشنایی و موقعیت صلیب‌ها ایجاد کرده بودند. جرم این توده‌ها بین ۱۰ هزار تا ۱۰۰ هزار برابر کمتر از جرم ماده تاریک کهکشان راه شیری بود.

البته این یافته‌ها، وجود ماده تاریک داغ را در آن محل رد نمی‌کردند، اما شواهد به‌دست‌آمده، بیشتر به نفع وجود ماده تاریک سرد بودند.

Anna Nierenberg، ستاره‌شناس از آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا می‌گوید: دانشمندان قبلا تست‌های مشاهداتی زیادی را در مورد نظریات ماده تاریک انجام داده‌اند، اما کار ما محکم‌ترین مدرکی است که تا به امروز درباره وجود توده‌های کوچک ماده تاریک سرد ارایه شده است. ما حالا با ترکیب جدیدترین پیش‌بینی‌های نظری، ابزارهای آماری و مشاهدات جدید تلسکوب هابل، شواهد بسیار قوی‌تری در اختیار داریم.

این تحقیق در مجله Monthly Notices of the Royal Astronomical Society چاپ شده است

آی تی رسان