فهرست مندرجاتگزارشهای علمی
اسرار مادۀ تاریک
- مادۀ تاریک چیست؟
- آیا ستارگان فوق‌سریع اسرار ماده تاریک را بر ملا می‌کنند؟
- سیگنالی که اسرار ماده تاریک را فاش می‌سازد!
- جستجوی ماده تاریک در برخورد دهنده!
- يادداشت‌ها
- پی‌نوشت‌ها
- جُستارهای وابسته
- سرچشمه‌ها
[قبل] [بعد]
براساس نظریه‌های مطرح شده، حدود ۹۵ درصد از کل جهان از ماده‌ای ناشناخته‌ی تاریک تشکیل شده، ماده‌ای که چون از خود نور (امواج الکترومغناطیسی) گسیل یا بازتاب نمی‌کند، نمی‌توان آن‌را مستقیماً دید، اما از اثرات گرانشی موجود بر روی اجسام مرئی، مثل ستاره‌ها و کهکشان‌ها، می‌توان به وجود آن پی برد.[۱]
نسبت مواد موجود در جهان
بخش عمده‌ای از جهان از انرژی تاریک تشکیل شده است، نیروی اسرارآمیز که عامل انبساط شتابدار عالم است. بخش عمده‌ی بعدی ماده تاریک است که تنها از طریق گرانش یا سایر اجزای عالم تعامل دارد. ماده معمولی که شامل تمام ستاره‌ها، سیارات و کهکشان‌های قابل رویت است چیزی کمتر از پنج درصد از تمام جرم تشکیل‌دهنده‌ی عالم را شامل می‌شود.
ستاره‌شناسان قادر به مشاهده مستقیم ماده تاریک نیستند، اما می‌توانند به بررسی تأثیرات آن بپردازند. آن‌ها موفق به رصد خمیدگی نور توسط گرانش یک جسم نامریی شدند (خاصیت عدسی گرانشی). همچنین اندازه‌گیری‌های آنان نشان می‌دهد سرعت چرخش ستارگان در کهکشان خودشان بیشتر از چیزی است که باید باشد!
تمام این مسایل زمانی قابل توضیح هستند که مقداری زیادی از ماده نامرئی وجود داشته باشد که باعث تغییر در جرم کلی و سرعت چرخش کهکشان شود.[٢]
[↑] مادۀ تاریک چیست؟
ستاره‌شناسان بیشتر از آن‌که بدانند ماده‌ی تاریک چیست، می‌دانند چه چیزی نمی‌تواند باشد.
۱- ماده‌ی تاریک، تاریک است. هیچ نوری از خود منتشر نمی‌کند و مستقیماً دیده نمی‌شود. پس، ستاره یا سیاره نیست.
٢- ماده‌ی تاریک توده‌ای از ماده‌ی معمولی نیست. ذرات تشکیل‌دهنده‌ی ماده‌ی معمولی باریون نامیده می‌شوند. اگر ماده‌ی تاریک از باریون‌ها تشکیل می‌شد، باید توسط نوری که بازتاب می‌کند، قابل آشکارسازی باشد.
٣- ماده‌ی تاریک، پاد ماده نیست. ماده در اثر تقابل با پاد ماده نابود شده و پرتوهای گاما تولید می‌کند. ستاره‌شناسان چنین چیزی را در مورد ماده‌ی تاریک مشاهده نکرده‌اند.
۴- ماده‌ی تاریک سیاه‌چاله نیست. عدسی گرانشی سیاه‌چاله‌ها نور را خم می‌کند. ستاره‌شناسان خمیدگی کافی برای مقدار جرم محاسبه‌شده‌ی ماده‌ی تاریک نمی‌بینند که دلیلی بر سیاه‌چاله بودن آن داشته باشد.[٣]
[↑] آیا ستارگان فوق‌سریع اسرار ماده تاریک را بر ملا می‌کنند؟
آیا می‌توان از روی ستارگان فوق‌سریع، اسرار ماده‌ی تاریک را فاش ساخت؟ دانشمندان بدین منظور سریع‌ترین و شگفت‌انگیزترین ستاره را که با سرعتی برابر ۱،۶ میلیون کیلومتر در ساعت در حال دورشدن از مرکز کهکشان راه شیری است، را کشف کردند و نظریاتی در مورد ماده‌ی تاریک ارائه دادند.
این ستاره فوق‌سریع که سرعتی معادل ۱،۶ میلیون کیلومتر دارد، در میان ۲۰ همتای خود به زمین نزدیک‌ترین بوده و از لحاظ شفافیت نیز رتبه دوم را داراست.
در دهه‌های گذشته ستاره‌شناسان ۲۰ گونه از چنین ستاره‌های عجیبی را کشف کرده‌اند. ستارگان فوق‌سریع جفت‌های باقی‌مانده ستارگان دو قطبی هستند که زمانی حول یکدیگر می‌چرخیدند و به ابر سیاه‌چاله موجود در مرکز کهکشان بیش از اندازه نزدیک می‌شدند. گرانش شدید از جانب سیاه‌چاله، که جرم آن چهار میلیون برابر خورشید است، یکی از این ستارگان را شکار می‌کند؛ بنابراین این ستاره حول سیاه‌چاله می‌چرخد و دیگری را به مسیری ورای کهکشان راه شیری پرتاب می‌کند.
به گزارش وب‌سایت علمی بیگ بنگ، محققان و کارشناسان ستاره‌شناسی امریکا با همکاری اخترفیزیکدانان چینی در پروژه‌ای علمی - تحقیقاتی مشترک تصویر ستاره‌ای متعلق به طبقه ستارگان فوق‌سریع (Hypervelocity Stars) را با تلسکوپ‌های پیشرفته شکار کرده‌اند. ژنگ ژنگ استادیار دانشگاه «یوتا» واقع در امریکا در مصاحبه با خبرنگاران اعلام کرد: «کشف ستارگان متعلق به کهکشان راه شیری می‌تواند ما را در درک سیاه‌چاله‌ها و دیگر اجرام کیهانی که در هاله‌ای ابهام‌آمیز پنهان شده‌اند، کمک کند. ما نمی‌توانیم هاله‌ی ماده‌ی تاریک را ببینیم اما گرانش آن روی این ستاره عمل می‌کند و می‌توان از مسیر و سرعت ستاره که تحت تاثیر جاذبه بخش‌های مختلف کهکشان راه شیری است، دیدگاه‌هایی را در این خصوص به‌دست آوریم.»
دانشمندان معتقدند این کشف می‌تواند سرنخ‌هایی درباره ابر سیاه‌چاله مستقر در مرکز کهکشان راه شیری و همچنین هاله‌ی ماده‌ی تاریک مرموزی ارائه دهد که این کهکشان را احاطه کرده است و روی ستارگان تاثیر گذاشته است.
این کارشناس برجسته نجومی در خصوص ستاره‌هایی با سرعت بالا گفت: «سرعت اسرارآمیز این ستارگان به‌قدری زیاد است که از نیروی جاذبه کهکشانی می‌گریزند.»[۴]
[↑] سیگنالی که اسرار ماده تاریک را فاش می‌سازد!
ستاره‌شناسان تلسکوپ چاندرای ناسا به همراه محققان XMM نیوتنِ آژانس فضایی اروپا، یک سیگنال مرموز را در یک خوشه‌ی کهکشانی که ۲۴۰ میلیون سال نوری با زمین فاصله دارد، کشف کردند.
این سیگنال‌های مرموز اشعه X از خوشه کهکشانی صورت فلکی برساووش رصد شده است. پیش از این نیز سیگنال‌های مرموز و مشابهی در بیش از ۷۰ خوشه کهکشانی نیز مشاهده شده بودند. محققان بر این باورند که این پرتوها از واپاشی «نوترینوهای استریل» منتشر شده‌اند، ذرات ناباروری که تاکنون یافته نشده‌اند و به‌سختی با ماده‌ی معمولی برهم کنش انجام می‌دهند. دانشمندان معتقدند نبود برهم‌کنش در نوترینوهای استریل می‌تواند به‌عنوان توضیحی برای ماده تاریک محسوب شود.
تصویری از سیگنال‌های پرتو X مرموز در خوشه کهکشانی برساووش. اعتبار عکس: NASA / CXC / SAO
به گفته‌ی دانشمندان، اگر مشخص شود که این برهم‌کنش به‌خاطر حضور نوترینوهای استریل باشد، می‌توان گفت این نزدیک‌ترین جرم به مدل پیش‌بینی‌شده‌ی ماده‌ی تاریک می‌باشد. تحقیقات گسترده ستاره‌شناسان برای کشف راز سیگنال مرموز همچنان ادامه دارد.[۵]
[↑] جستجوی ماده تاریک در برخورد دهنده!
پژوهشگران از نبود نوع خاصی از محصول در برخورد دهنده‌ای که قادر است ذرات ماده‌ی تاریک را تولید کند، برای اعمال قویترین محدودیت‌ها بر برخی از مدل‌های ماده‌ی تاریک استفاده کرده‌اند.
به گزارش انجمن فیزیک ایران، هیچ ایده‌ای وجود ندارد که ماده‌ی تاریک چیست؛ حل این معما مستلزم تلاش برای آشکارسازی مستقیم ذرات ماده‌ی تاریک نخستین است، هنگامی که در نزدیکی زمین جریان می‌یابند. اما شاید امکان تولید این ذرات در برخورد دهنده‌ها نیز فراهم باشد. اکنون گروه همکاری ATLAS از سرن در Physical Review Letters گزارش کرده است که از عدم وجود نوع خاصی از محصول در چنین برخورد دهنده‌ای، برای اعمال قویترین محدودیت‌ها بر برخی از مدل‌های ماده‌ی تاریک استفاده کرده است.
اگر ماده‌ی تاریک شامل ذرات سنگین با برهم‌کنش ضعیف (WIMPs) باشد، که با پروتون‌ها و نوترون‌ها جفت می‌شوند، بنابراین این شانس وجود دارد که هسته‌ها را در یکی از جهت‌های آشکارسازهای زیرزمینیِ ماده‌ی تاریک پراکنده کنند. ذرات سنگین با برهم‌کنش ضعیف، ذراتی فرضی هستند که تنها از طریق نیروی هسته‌ای ضعیف و گرانش برهم‌کنش می‌کنند.
هسته‌ها متشکل از پروتون و نوترون هستند که آن‌ها نیز به نوبه‌ی خود از کوارک‌ها تشکیل شده‌اند. فرآیند WIMP + quark′ → WIMP + quark را در نظر می‌گیریم . بر طبق نظریه‌ی میدان کوانتومی، احتمالی نیز برای فرایند quark + quark′ → WIMP + WIMP وجود خواهد داشت که می‌تواند در برخورد دهنده اتفاق بیفتد.
اما جفت WIMP قبل از مشاهده ناپدید می‌شوند، بنابراین آشکارسازی آن چگونه است؟ بر طبق این نظریه، رخداد دیگری نیز با احتمال کم می‌تواند به وقوع بپیوندد به این صورت که یکی از کوارک‌ها می‌تواند یک بوزون W یا Z تابش کند، قبل از آن‌که به‌وسیله‌ی کوارک دیگری نابود و به یک جفت WIMP تبدیل شود. گروه ATLAS به‌دنبال چنین رخدادهایی، داده‌هایی را به‌دست آورده که با اثرات زمینه‌ی مدل استاندارد مطابقت دارد و هیچ نشانی از WIMP در آن نیست. آن‌ها از این نتایج برای اعمال قیدهایی بر مدل‌های WIMP با برهم‌کنش‌های وابسته به اسپین استفاده کردند که دقیق‌تر از قیدهای موجود به‌دست آمده از آزمایش‌های آشکارسازی مستقیم است. این نویدی بر آن است که برخورد دهنده می‌تواند به ابزار مکمل قدرتمندی برای جستجوی ماده‌ی تاریک تبدیل شود.[٦]
[↑] يادداشت‌ها
يادداشت ۱: اين مقاله برای دانشنامهی آريانا توسط مهدیزاده کابلی گردآوری شده است.
[↑] پی‌نوشت‌ها
[۱]- حدود ٢٠٠ میلیارد کهکشان که هر کدام از آن‌ها تقریباً ٢٠٠ میلیارد ستاره است، به‌وسیله تلسکوپ‌ها قابل تشخیص است. اما این تعداد کهکشان فقط کمی بیش از ۴ درصد از ماده‌ی جهان را تشکیل می‌دهد (ماده‌ی معمولی). حدود ۹۵ درصد از جهان، از ماده‌ی دیگری ساخته شده است که عنوان تاریک دارند (ماده‌ی تاریک و انرژی تاریک). رجوع شود به: حسین جوادی و افسانه جوادی، فیزیک از آغاز تا امروز، ص ۵۴٨
[٢]-
[٣]-
[۴]- آیا ستارگان فوق‌سریع اسرار ماده تاریک را بر ملا می‌کنند؟، گزارش از وب‌سایت علمی بیگ بنگ؛ جزئیات بیشتر این دستاورد در مجله Astrophysical منتشر شده است. برای مطالعه بیشتر، رجوع شود به: universetoday
[۵]- سیگنالی که اسرار ماده تاریک را فاش می‌سازد!، گزارش از وب‌سایت علمی بیگ بنگ، بر اساس منابع: newscientist, universetoday
[٦]- جستجوی ماده تاریک در برخورد دهنده!، گزارش از وب‌سایت علمی بیگ بنگ، بر اساس منابع: physics.aps.org و prl.aps.org
[↑] جُستارهای وابسته
□
□
□
[↑] سرچشمه‌ها
□ حسین جوادی و افسانه جوادی، فیزیک از آغاز تا امروز، تهران: اتا، چاپ اول - ۱٣٨٦؛ شابک: ۴-٢٦-۵۵٢٦-۹٦۴
□ وب‌سایت علمی بیگ بنگ