از ماده ي تاريک و انرژي تاريک چه خبر؟

اگر گاز رقيق ميان کهکشاني، که آشکارسازي آن دشوار است، و تمام ديگر صورت هاي ماده ي معمولي را با هم جمع کنيم فقط حدود 4/5 درصد چيزي مي شوند که وجود دارد. تقريباً 26 درصد آنچه وجود دارد «ماده ي تاريک غير باريوني» است که شامل نوعي ذرات نامتعارف و نامرئي است که اتم تشکيل نمي دهند. سيطره ي گرانش ماده ي تاريک در عالم در شکل گيري تاريخ آن مؤثر بوده و با ايجاد دريايي از گرانش منجر به انباشته شدن ماده براي تشکيل کهکشان ها شده است؛ همانند لکه هاي کف روي برکه اي نامرئي.
تقريباً 70 درصد باقي مانده از تمام آنچه وجود دارد همان به اصطلاح «انرژي تاريک» است که سبب شتاب در انبساط عالم مي شود. ماهيت انرژي تاريک نيز همچنان معماي ناشناخته ي بزرگ تري است. اما شواهد بيشتري به مرور به دست مي آيند. در يکي از گردهمايي هاي انجمن نجوم آمريکا، چهار گروه به ارائه ي نتايج خود پرداختند که شناخت ما از اين پديده را بيشتر مي کند.
مدت هاست که اخترشناسان مي دانند کهکشان هاي بزرگ همانند کهکشان راه شيري در مرکز دريايي از ماده ي تاريک قرار دارند که به نام هاله شناخته مي شود. گروهي از اخترشناسان به رهبري ديويد لا از دانشگاه UCLA مشخص کردند که هاله ي ماده ي تاريک کهکشان راه شيري، کروي شکل نيست بلکه شکلي له شده دارد. شگفت اين که، اين هاله در امتداد محوري مسطح شده که 90 درجه از پهلو به طرف قرص کهکشان کج است؛ قرص کهکشان همان نوار آشناي راه شيري است که در آسمان شب ديده مي شود.
نتايج اين گروه از طريق بررسي حرکت هاي هزاران ستاره در «جريان قوس»-که در تصوير صفحه ي رو به رو نشان داده شده -به دست آمده است. اين جريان، باقي مانده ي کهکشاني کوتوله است که طي عبوري نزديک از کنار کهکشان راه شيري به سبب نيروهاي کشنده ي تکه تکه شده است. از اين رويداد رشته اي دراز پديد آمده که درست در بيرون کهکشان ما دوباره به دور آن پيچيده است. حرکت هاي ستاره ها در قسمت هاي مختلف اين جريان نشان دهنده ي ميدان هاي گرانشي مؤثر بر آن ها در بخش هاي مختلف است.
در واقع مشخص شد که اين هاله شکلي سه محوره دارد، يعني در هر کدام از جهت ها قطري متفاوت دارد. به گفته ي لا: «مي توانيم اين هاله را به صورت توپي لِه شده از يک سمت فرض کنيم». لا در ادامه مي افزايد که اخترشناسان احتمال مي دادند اين هاله در امتداد همان محور قرص کهکشان راه شيري له شده باشد، چرا که احتمالاً ماده ي معمولي و ماده ي تاريک هر دو از يک منبع حاصل مي شوند: رشته هاي ماده ي تاريک همان کانال هاي گرانشي هدايت کننده اند.
اندازه و شکل هاله متاثر از تکه تکه سازي هايي است که اخيراً کهکشان راه شيري روي ديگر کهکشان هاي کوتوله انجام داده است، پس بنابراين بررسي هاي دقيق تر اين هاله در آينده اطلاعات بيشتري از نحوه ي تکامل کهکشان راه شيري در اختيارمان قرار خواهد داد.
بيش از 10 سال پيش اخترشناسان کشف کردند که، بر خلاف آنچه در گذشته گمان مي کردند، شتاب انبساط عالم در حال افزايش است. کليد اين آشکارسازي، توانايي اخترشناسان در اندازه گيري فاصله ي کهکشان هاي دوردست بر مبناي روشنايي ظاهري ابر نواخترهاي نوع Ia درون آن ها-مستقل از انتقال به سرخ کهکشان -بود. اين فاصله آن گاه بايد با انتقال به سرخ مطابقت بيابد -که بيانگر اين است که در مدتي که نور در حال انتقال بود عالم چقدر انبساط يافته است. به اين ترتيب اخترشناسان توانستند تغييرات سرعت انبساط عالم طي بازه هاي زماني طولاني کيهاني را درک کنند.
از آن زمان به بعد، اخترشناسان متوجه شواهد بسياري مبني بر وجود نيرويي شدند که عامل شتاب انبساط عالم است. اما چقدر از اين نيرو وجود دارد و حقيقت تعيين کننده ي ديگر نيز اين است که با انبساط عالم اين نيرو وجود دارد و حقيقت تعيين کننده ي ديگر نيز اين است که با انبساط عالم اين نيرو نه ضعيف مي شود و نه قوي. اين نيرو را به سبب «انرژي تاريک» ناميدند که نام ديگري برايش پيدا نکردند.
اکنون، گروهي بين المللي در حال بررسي تاثيرات انرژي تاريک در گروه محلي کهکشان ها هستند. گروه محلي شامل کهکشان راه شيري، کهکشان آندرومدا، کهکشان مثلث و تقريباً 50 کهکشان کوتوله است که تا کنون شناسايي شده اند.
اين گروه به تحليل رصدهاي اخير تلسکوپ فضايي هابل از حرکت شعاعي کهکشان هاي گروه محلي پرداخت که گروهي ديگر به رهبري اخترشناس روس، ايگور کاراچنتسو، انجام داده بود. اين گروه با بررسي چگونگي حرکت کهکشان ها نسبت به مرکز گرانشي گروه محلي، موفق به کشف مرزي شد که در آن گرانش گروه محلي جاي خود را به اثر «پادگرانشي» انرژي تاريک در مقياسي بزرگ تر مي دهد. کهکشن هاي کوتوله اي که در آن سوي اين مرز قرار دارند، در حال حرکت به طرف بيرون اند و در نهايت در فضا گم خواهند شد.
جين بيرد، از دانشگاه آلاباما، مي گويد: «ما دفع جرياني از انرژي تاريک را شناسايي کرده ايم که با مطالعات صورت گرفته درباره ي کهکشان هايي با ميلياردها سال نوري فاصله از ما مطابقت دارد». او در ادامه مي افزايد که در گذشته دانشمندان معمولاً اثرات مهم را در مقياس محلي کشف مي کردند و سپس آن را به اجرام دوردست عالم تعميم مي دادند. «در حالي که اين بار ما در حال حرکت از اثري عالم گير به اثري محلي هستيم».
هر چقدر کهکشان کوچک تر باشد، ميزان ماده ي تاريک افزايش مي يابد. سومين گروه به رهبري استيسي مک گاف از دانشگاه مريلند اجرام را از کوچک ترين کهکشان هاي کوتوله تا بزرگ ترين خوشه هاي کهکشاني بررسي کردند تا متوجه اين مسئله شدند که آيا نسبت ماده معمولي به ماده ي تاريک در آن ها با توجه به اندازه شان تغيير مي کند يا خير. آن ها دريافتند که جرم اين اجرام از کوچک ترين تا بزرگ ترين با ضريب 100 ميليون تفاوت مي کند.
البته روند قابل توجهي وجود داشت. مک گاف و همکارانش دريافتند که هر چقدر کهکشان يا خوشه بزرگ تر باشد، نسبت مقدار ماده ي معمولي باريوني نيز بيشتر خواهد بود. در کل کيهان و در بزرگ ترين خوشه ها، جرم ماده ي تاريک به نسبت 5 به 1 از جرم ماده ي باريوني بيشتر است. اما اين نسبت به در ساختارهاي کوچک تر افزايش مي يابد تا جايي که در کهکشان هاي کوتوله نسبت ماده ي باريوني به ماده ي تاريک بسيار کم است. به گفته ي مک گاف: «به ازاي هر يک از اجرام کوچک در عالم، بخشي از ماده ي معمولي ناديده گرفته مي شود و ميزان بسياري ماده ي معمولي در اجرام کوچک تر وجود دارد. نمي دانيم اين ماده کجاست و اين خود مشکل بزرگي است.»
نظريه اي وجود دارد مبني بر اينکه هر چقدر کهکشان کوچک تر باشد کمتر مي تواند گازهاي دميده شده از نخستين ابر نواخترها را نگه دارد. پس در کهکشان هايي با گرانش کم اين گاز فرار مي کند و به محيط ميان کهکشاني رقيق مي پيوندد. ماده ي تاريک بر جا مانده با ماده ي معمولي واکنش نمي دهد و امواج انفجار ابونواختري را نيز حس نمي کند.
چهارمين گروه به رهبري نيو دروري از مؤسسه ي فيزيک فرازميني ماکس پلانک در آلمان به بررسي اطلاعات 300 هزار کهکشان در قالب طرح بررسي تکامل کيهاني (COSMOS) پرداخت تا به چگونگي تکامل کهکشان ها در طي 8 ميليارد سال گذشته پي ببرند. هدف اين گروه پي بردن به اين مطب است که در دوران هاي مختلف تاريخ کيهان چه تعداد کهکشان با جرم هاي متفاوت وجود داشته است.
کهکشان ها در ابتدا کوچک و تعدادشان بسيار زياد بوده است. اين ساختارهاي کوچک در طول زمان با يکديگر ادغام شده اند و کهکشان هاي بزرگ همانند راه شيري را به وجود آورده اند. اما ظاهراً اين روند ساده نبوده است. اين گروه دريافت که گستره ي جرم کهکشان ها به آن يکنواختي که تصور مي شد، نبوده است: تعداد کهکشان هاي کوتوله با جرم کمتر به سرعت افزايش يافته است. و در نمودار توزيع جرم کهکشان هاي بزرگ تر، ناهمواري هاي خاصي ديده مي شود. اين نتايج نشانه هايي از چگونگي ادغام هاله هاي ماده ي تاريک در طول زمان آشکار مي سازد. همچنين نشان مي دهند که چگونه مکانيسم هاي باز خوردي، همچون بادهاي ابرنواختري که گاز کهکشان هاي کوچک را بيرون مي رانند، منجر به تکامل کيهان مي شوند. دروري مي گويد: «با اين بررسي مي توانيم تکامل کيهان را تا زماني دنبال کنيم که عالم نصف سنّ فعلي اش را داشته است».
بر گرفته از: www.skyandtelescope.com
منبع: نجوم، شماره 194.