رازي از جرم

اغلب "چيزها" (اجرام) در عالم، همانگونه که ستاره ها مي درخشند، نمي درخشند
 

سينکلر اسميت (Sinclair Smith) و فريتز زويخي (Fritz Zwicky) ستاره شناساني بودند که ساعت هاي زيادي را صرف کار با تلسکوپي کردند، تا از يک گروه کهکشان هاي دور که "خوشه کما" ناميده مي شوند. عکس بگيرند. آنها چگونگي حرکت صدها کهکشان را، که از طريق خوشه کما انجام مي شود را بررسي کردند. آنها همچنين، فکر مي کردند که اين خوشه خيلي پير است. براي گروهي از کهکشان ها که براي مدت مديدي با هم بوده اند، هر کدام از کهکشان ها بايد کشش کافي براي ماندن در کنار يکديگر در اين گروه را داشته باشند.
اما اسميت و زويخي چيزهاي بسيار عجيبي کشف کردند: کهکشان ها گروهي مي سازند که بسيار سريع حرکت مي کنند و بر اين اساس، بايد از يکديگر جدا شوند و اصلاً در يک گروه نمي توانند بمانند!
اين قضيه مثل پرتاب توپي در هواست. هنگامي که شما توپي را به بالا مي اندازيد، به پايين برمي گردد، مگر اينکه شما آن را با سرعتي بيش از 25000 مايل در ساعت به هوا بيندازيد، اگر شما بتوانيد توپ را با آن سرعت پرتاب کنيد، توپ مي تواند از جاذبه زمين فرار کند و هرگز باز نخواهد گشت. اگر جاذبه زمين قوي تر بود، شما بايد با سرعت بيشتري توپ را پرتاب کنيد تا از اين جاذبه برهد. اين مثل کهکشان هايي است که توسط اسميت و زويخي مشاهد شد. آنها بايد از يکديگر جدا شده و در فضا پرواز مي کردند، اما ماده اي ناديدني بايد جاذبه اي مي افزود تا اين گروه را در کنار يکديگر حفظ کند. اما چطور چنين اتفاقي ممکن است؟ *
با ثبت دقيق ميزان نوري که يک کهکشان ساطع مي کند، منجمين مي توانند يک حدس خوب درباره تعداد ستارگاني که در آن هستند بزنند. ستاره شناسان همچنين مي دانند آن ستارگان چقدر جرم دارند. روي زمين، چيزهايي با جرم کم، مثل يک تيله، وزن کمتري دارند، از اجسامي با اجرام بسيار بزرگ، مثل يک کوه. بنابراين، چيزي که جرم بيشتري دارد، جاذبه بيشتري نيز دارد. پس، با قرار دادن اين تکه هاي اطلاعات، منجمين مي توانند مقدار جرم يک کهکشان را تعيين کنند.(1)
در واقع، اين چيزي بود که اسميت و زويخي و ديگر ستاره شناسان، توسط آن ميزان جاذبه اي که يک کهکشان دارد را تعيين کردند. اين روش خوبي است، اما هنگامي کارايي دارد که بيشتر ماده کهکشان را ستارگان درخشنده تشکيل داده باشند.
سپس برخي از منجمين، تمام اطلاعاتي که درباره جرم کهکشان و جاذبه اش دارند را در برنامه پيچيده کامپيوتري قرار مي دهند. آنها با اين کار مي توانند بيشتر درباره کهکشان بدانند. بعد از مطالعه ي کهکشان هاي بسيار، توسط برنامه هاي کامپيوتري (و با ارتقاي برنامه هاي کامپيوتري)، ستاره شناسان توانستند اسپين کهکشان ها و شکلشان را بفهمند.
اما در همه ي مطالعات و بررسي ها، منجمين به مشکل بزرگي رسيدند: براي اينکه "کهکشان هاي کامپيوتري" همانند کهکشان هاي واقعي عمل کنند، ستاره شناسان مجبور بودند جرم بسيار بيشتري به "کهکشان هاي کامپيوتري"دهند. اين طور به نظر مي رسيد که جرم واقعي يک کهکشان حدود 10 برابر جرمي است که آنها براي افزودن به ستارگان درخشنده تعيين کرده بودند. چه اتفاقي در حال رخ دادن بود؟

مورد کوتوله هاي قهوه اي
 

ستاره شناسان تنها توانستند به يک نتيجه برسند: بيشتر مواد داخل و اطراف کهکشان، نور ساطع نمي کنند. اگر نور ساطع نکنند ( يعني اينکه از ستارگان تشکيل نشده اند)، پس اين ماده تاريک(2) ناديدني، چه مي تواند باشد؟ اين يک سوال بسيار هيجان انگيز است، و ايده هاي بسياري درباره اينکه پاسخ چه مي تواند باشد، وجود دارد. شايد ماده تاريک از کوتوله هاي قهوه اي(3) بسيار بسيار زيادي تشکيل شده است.
سياهچاله ها چطور؟
سياهچاله ها(4) از خود نوري ساطع نمي کنند، پس آيا ماده تاريک مي تواند از آنها ساخته شده باشد؟ يا از تعداد بسيار بسيار بسيار... زيادي ذرات بسيار ريزي که نوترينو(5) ناميده مي شود؟ آنها نيز از خود نوري ساطع نمي کنند. شايد هم، اين ماده ناديدني از چيزي ساخته شده که هنوز آن را کشف نکرده ايم! هيچ کس هنوز جواب اين "معماي جرم" را نمي داند. اما وقتي که روزي ما آن را بفهميم، يک مسئله بزرگ را درباره جهانمان مي دانيم.

پس دانشمندان چگونه متوجه مي شوند که آن ماده در جايي است؟
 

- با مشاهده ي اثر جاذبه ماده تاريک بر اجسام ديگر، مثلاً ستاره ها.
به نقل از کتاب: اسرار علم
نويسنده: Jerome A.Luine
مترجم: م. حسيني

توضيحات:
 

* چطور مي توانيد از «مقدار نور» به «مقدار جرم» برسيد؟
مقدار نوري که از يک کهکشان ساطع مي شود... به ستاره شناسان مي گويد... تعداد ستارگاني که در آن کهکشان هستند
تعداد ستارگاني که در آن کهکشان هستند...× مقدار جرمي که يکي از ستارگان دارد... = مقدار جرمي که در آن کهکشان است
1- يک بيليون، هزار ميليون است. يک تريليون هزار بيليون است.
2- ماده تاريک، ماده اي ناشناخته است که دانشمندان فکر مي کنند تمام عالم را پر کرده است. ماده تاريک، نور بسيار اندکي از خود منتشر مي کند، يا اينکه اصلاً نوري از خود منتشر نمي کند، بنابراين هيچ منجمي در واقع آن را نديده است (حداقل تا به حال).
3- يک کوتوله قهوه اي، شيء بسيار بزرگ و سياره اي شکل است، که شبيه سياره مشتري است. برخي مدارهاي دور ستاره ها، و ديگران بوسيله خودشان دور آن شناورند. يک کوتوله قهوه اي از خودش نور قابل ديدن ساطع نمي کند. بنابراين، تاريک به نظر مي رسد، مگر اينکه نور ستاره اي نزديک به خود را منعکس کند.
4- نوترينوها ذرات بسيار ريزي از ماده هستند که ناديدني اند و مي توانند به راحتي از ميان ماده جامد عبور کنند.
منبع: لذت فيزيک شماره20