ماده تاریک چیست؟

تقریبا ۸۰ درصد از جرم جهان از موادی تشکیل شده که دانشمندان نمی توانند به طور مستقیم مشاهده کنند. این مواد با نام ماده تاریک شناخته می شوند، عنصر عجیب و غریب که نور و انرژی را منتشر نمی کند.

به گزارش تاپ دیجیت و به نقل از اسپیس، مطالعات دیگر کهکشانها در دهه ۱۹۵۰ نشان داد که جهان بزرگتر از آن است که توسط چشم غیر مسلح دیده شود. اگر چه هیچ مدرک مستقیمی از ماده تاریک تشخیص داده نشده است ولی احتمالات وجود آن در سال های اخیر بسیار قوی بوده است.

پیتر ون داکوم (Pieter van Dokkum) محقق دانشگاه ییل می گوید: حرکت ستاره ها نشان می دهد که چقدر ماده در آنها وجود دارد. برای آنها اهمیتی ندارد که چه نوع ماده ای در آنها وجود دارد، آنها فقط می گویند که در آنها ماده وجود دارد. مطالعات یک تیم به رهبری ون داکوم برروی کهکشان دراگون فلای (Dragonfly 44) نشان داد که این کهکشان تقریبا به طور کامل از ماده تاریک تشکیل شده است.

ماده تاریک از چه چیزی تشکیل شده

ماده مشابه ماده تاریک، با نام ماده باریونی (baryonic) شناخته می شود، این ماده از پروتون، نوترون و الکترون تشکیل شده است. ماده تاریک ممکن است از ماده باریونی یا غیر باریونی ساخته شده باشد. برای نگه داشتن عناصر جهان با هم، ماده تاریک باید حدود ۸۰ درصد از ماده را تشکیل دهد.

کشف اینکه آیا این ماده گم شده از ماده باریونی تشکیل شده می تواند بسیار چالش برانگیز باشد. ستارههای کوتوله کم نور، کوتولههای سفید و ستارههای نوترونی پتانسیل ماده تاریک را دارند. سیاهچالههای فوق العاده بزرگ نیز می توانند بخش متفاوتی از آن باشند. 

بسیاری از دانشمندان بر این باورند که ماده تاریک از مواد غیر باریونی تشکیل شده است. کاندید اصلی این ماده WIMP  (ذرات بزرگ با برهم کنش ضعیف) است که جرم آن ده تا صد برابر جرم پروتون است، اما تعامل ضعیف آنها با ماده طبیعی تشخیص آنها را با مشکل مواجه میکند. نوترالینوها (Neutralinos) ذرات فرضی بزرگ، سنگینتر و کندتر از نوترینوها هستند که از کاندیداهای اصلی تشکیل دهنده ماده تاریک بحساب می آیند هرچند هنوز کشف نشده اند.

دو فرضیه در مورد ذرات مادهٔ تاریک غیر باریونی عبارتند از ذرات فرضی مانند آکسیون‌ها یا ذرات ابرتقارنی. نوترینوها به دلیل محدودیتهای ناشی ازساختار بزرگ مقیاس و کهکشانهای با انتقال به سرخ بالا، تنها می‌توانند بخش کوچکی از مادهٔ تاریک را تشکیل دهند.

بر خلاف مادهٔ تاریک باریونی، مادهٔ تاریک غیرباریونی نقشی در شکل‌گیری عناصر شیمیایی در جهان اولیه نداشته‌ است و به همین دلیل وجود آن تنها از طریق جاذبه گرانشی‌ استنباط می‌گردد. علاوه بر این، اگر ذرات تشکیل دهنده‌ ابرتقارنی باشند، این امکان وجود دارد که یکدیگر را نابود کنند و این نابودسازی احتمالاً به بروز عوارض قابل مشاهده‌ای همچون پرتو گاما و نوترینوها می‌انجامد.

مادهٔ تاریک غیرباریونی بر پایه جرم ذرات فرضی تشکیل دهنده‌اش یا پراکندگی سرعت این ذرات طبقه‌بندی می‌شوند. سه فرضیه برجسته در مورد مادهٔ تاریک غیر باریونی به نامهای مادهٔ تاریک سرد (CDM)، مادهٔ تاریک گرم (WDM) و مادهٔ تاریک داغ (HDM) وجود دارند. برخی از حالات ترکیبی از حالتهای فوق نیز امکانپذیر هستند. مدل مادهٔ تاریک غیرباریونی که بیش از همه مورد بحث و بررسی گسترده قرار گرفته، بر پایه فرضیه مادهٔ تاریک سرد بنا شده‌ است و بنا بر پندار عمومی ذره متناظر با آن یک ذره سنگین با برهم‌کنش ضعیف (WIMP) است.

مادهٔ تاریک داغ ممکن است شامل نوترینوهای سنگین باشد اما مشاهدات دلالت بر آن دارند که تنها کسر کوچکی از مادهٔ تاریک ممکن است داغ باشد. مادهٔ تاریک سرد منجر به شکل‌گیری پایین به بالای ساختار در جهان می‌شود، در حالیکه مادهٔ تاریک داغ منجر به تشکیل ساختار بالا به پایین می‌شود. از اواخر دهه ۱۹۹۰ مادهٔ تاریک داغ توسط مشاهدات انتقال به سرخ بالای کهکشان‌ها مانند میدان فراژرف هابل، مردود شده‌است.

ماده تاریک چه زمانی کشف شد؟

تولد فرضیه ماده تاریک عمر زیادی ندارد. در واقع در دهه چهارم قرن ۱۹میلادی بود که زمزمه های وجود این ماده توسط  فریتز زوئیکی مطرح شد. فریتز زوئیکی هیچ ذهنیتی نسبت به ماده تاریک نداشت اما معتقد بود که در مطالعات کهکشانی خود برخی کهکشان ها فاقد ماده مریی لازم برای حفظ ثبات کهکشان مذکور بوده اند. او اظهار داشت که معمایی ناشناخته در کهکشان ها وجود دارد که در گستره بینایی ما جای ندارند. این معما میتواند عاملی برای ثبات کهکشانی باشد.

نظریات فریتز زوئیکی جرقه ای را در ذهن دانشمندان و محققین عصر انداخت، برخی از آنان به صورت جدی به حل این معما پرداختند و مقالاتی هم در این زمینه منتشر شد. تا اینکه در اواخر قرن ۱۹ میلادی با پیشرفت دوربین ها و تلسکوپ های نجومی تصاویری با کیفیت و جدید از فضا ثبت شد. این تصاویر نشان دهنده فضاهای خالی و سیاهی در دل کهکشان ها بودند. این فضاهای خالی میتوانستد پاسخ همان معمای مرموز مطرح شده توسط فریتز زوئیکی باشند.

ماهیت ماده تاریک هنوز کشف نشده و ذهن بشر کماکان در پی یافتن پاسخی مناسب و قانع کننده است. قطعا کشف معمای ماده ای که بیش از ۸۰ درصد این جهان پهناور را در هم گرفته مساله ای مهم برای کیهان شناسان است تا بدین وسیله بتوانند گذشته، حال و آینده ما را حدس بزند.

بیشتر بخوانید: دانشمندان ماده تاریک گم شده از جهان اولیه را پیدا کردند

مطالب مشابه

ارسال نظر

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.