ماده تاریک چیست ؛ سر به مهر‌ترین راز دنیای اخترفیزیک

ماده تاریک چیست ؛ سر به مهر‌ترین راز دنیای اخترفیزیک
ماده تاریک یا Dark Matter چیست؟ تقریبا ۸۰ درصد از جرم کائنات از ماده‌ای ساخته شده که دانشمندان نمی‌توانند به طور مستقیم آن را مشاهده کنند. به این ماده ناشناخته و عجیب ماده تاریک اطلاق می‌شود.

ماده‌ تاریک یکی از سر به مهر‌ترین راز‌های کیهان پیرامون ما به شمار می‌رود و دانشمندان سال‌هاست در تلاش‌اند تا به مفهوم واقعی آن پی ببرند. اما ما چندان هم در مطالعات مربوط به این ماده سرگردان نیستیم. ماده تاریک هیچگونه نور و یا انرژی از خود منتشر نمی‌کند. با این تفاسیر چرا دانشمندان معتقدند که ماده غالب در سراسر جهان است؟

مطالعه بر روی سایر کهکشان‌ها در دهه ۱۹۵۰ این موضوع را روشن کرد که بخش عمده موادی که کائنات را تشکیل داده با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیستند. از آن زمان تاکنون بسیاری به حمایت از وجود ماده تاریک پرداخته‌اند، اما تاکنون عدله مستقیم و محکمی مبنی بر وجود آنها ارائه نشده است. با این همه صحبت از آن در سال‌های اخیر افزایش پیدا کرده است.

تاریخچه ماده تاریک

بازگردیم به آوریل  ۱۹۳۰، جایی که “یان اورت” اختر شناس هلندی با بهره‌گیری از اثر دوپلر (در فیزیک به تغییر بسامد ظاهری یک موج بدلیل تغییر مکان فرستنده یا گیرنده اثر دوپلر اطلاق می‌شود) به سنجش سرعت ستارگان موجود در کهکشان راه شیری مبادرت ورزید. اورت سرعت ستارگان را بسیار بیشتر از چیزی که تصور می‌کرد، محاسبه نمود. همچنین نتایج به دست آمده توسط او از نیروی گرانشی حکایت می‌کرد که با مقدار جرم موجود در جهان که به طرق مختلف شناسایی شده بود، مطابقت نداشت.

عددی که اورت برای سرعت ستارگان محاسبه کرده بود آنچنان زیاد بود که حتی امکان گریز ستارگان از کهکشان راه شیری نیز وجود داشت، اما در عمل چنین اتفاقی رخ نمی‌دهد. اورت نتیجه گرفت که می‌بایستی ماده‌ای غیر قابل مشاهده و با اثرات گرانشی قوی وجود داشته باشد. به این ترتیب لزوم وجود ماده‌ای ناشناخته با کشش گرانشی اثبات شد.

معمای چنین ماده ناشناخته‌ای با مطالعات “فریتز زویکی” بر روی خوشه کهکشانی گیسو (Com)، سخت‌تر هم شد. مطالعات زویکی مقیاس وسیع‌تر و زاویه دید بازتری نسبت به تحقیقات اورت داشتند. زویکی با تمرکز بر روی سرعت حرکت کهکشان‌ها به همان نتایج مشاهدات اورت رسید.

همچنین اخترفیزیکدانان تئوری، به کمک قانون سوم کپلر توانستند جرم کلی کهکشان راه شیری را به میزان یک تریلیون برابر جرم خورشید محاسبه کنند. از طرفی دیگر همین جرم با مشاهدات عینی از اجرام کهکشان راه شیری در تما طول موج‌های مختلف قابل بررسی توسط انسان، حدود ۲۰۰ تا ۶۰۰ میلیارد برابر جرم خورشید برآورد شد. در واقع جرم رصدی به دست آمده از کهکشان راه شیری یک ششم جرم تئوری برآورد شده بود.

نقشه‌ای از مقدار ماده موجود در جهان که بخش عمده‌ای از آن را ماده تاریک تشکیل می‌دهد. بخش‌های آبی رنگ، ماده تاریک و قسمت‌های خاکستری موادی است که شناسایی شده‌اند. (اعتبار: سازمان فصایی اروپا/ ناسا/ آزمایشگاه JPL)

طبق تئوری انفجار بزرگ یا بیگ بنگ و نیز قوانین نیوتن-کپلر انتظارات بر این بود که هر چه یک ستاره به مرکز یک کهکشان نزدیک تر باشد، سرعت بیشتری دارد. همچنین اگر ستاره‌ای چنان از مرکز یک کهکشان فاصله بگیرد که از محدوده‌ی گرانش آن خارج شود، دچار کاهش سرعت در حرکت خواهد شد.

اما مطالعات بعدی در که در دهه ۱۹۷۰ انجام شد، ثابت کرد که سرعت حرکت ستارگان از الگوی قوانین نیوتن-کپلر پیروی نمی‌کند. به عبارت دیگر سرعت حرکت ستارگان در تمامی نقاط جهان ثابت است. به این ترتیب تناقضی دیگر آشکار و زمینه برای کشف ماده‌ای برای پر کردن این خلا گرانشی فراهم شد.

همه‌ی این مطالعات و تجزیه و تحلیل‌ها، احتمال وجود ماده تاریک را هر روز بیشتر از پیش به عدد یک نزدیک‌ترمی‌کرد.

ماده تاریک چیست؟

پیتر ون دوکوم (Pieter van Dokkum)، محقق دانشگاه یال (Yale) در بیانیه‌ای عنوان کرده است:

حرکات ستارگان، روشنگر این موضوع است که ما در مورد چه مقداری از ماده صحبت می‌کنیم. این حرکات، شکل آنها را مشخص نمی‌کند، بلکه تنها شاهدی بر وجود آنها هستند.

آقای ون دوکوم رهبری تیمی از محققان را بر عهده دارد که موفق به کشف کهکشانی به نام سنجاقک ۴۴ (Dragonfly 44) شده‌اند. به گفته آنها این کهکشان تماما از ماده تاریک ساخته شده است.

دارک مَتِر شکلی نامانوس از ماده است و در اخترفیزیک به توضیح پدیده‌هایی مانند انفجار بزرگ می‌پردازد که به مقدار زیادی ماده نیاز دارند که از جرم موجود در جهان نیز فراتر می‌رود. تاکنون شواهدی مبنی بر رصد این ماده ارائه نشده است، اثرات قابل توجه‌ای از خود بروز نمی‌دهد، هیچ نوع موج الکترومغناطیسی منتشر شده و یا شرکت در برهم‌کنش با سایر مواد معمول در کائنات در مورد ماده تاریک دیده نمی‌شود.

ماده تاریک در کنار انرژی تاریک بیش از ۹۵ درصد جرم و انرژی موجود در جهان را تشکیل می‌دهند. به طور کلی وجود ماده تاریک را بوسیله اثرات گرانشی‌ آن بر روی مواد معمول و مرئی و نیز همگرایی گرانشی (Gravitational Lensing) تابش پس‌زمینه کیهانی، می‌توان استدلال کرد.


بیشتر بخوانید:   نظریه نسبیت عام انیشتین؛ همگرایی گرانشی چیست؟


ماده دخیل در ساختمان کائنات، تحت عنوان ماده باریونی شناخته می‌شود. در فیزیک مواد، مواد باریونی، مواد بسیار سنگینی هستند که شامل ذرات زیراتمی (الکترون، پروتون و نوترون) می‌شوند. احتمالا ماده تاریک حاصل اجتماعی از مواد باریونی و غیر باریونی است.

بر اساس مطالعات انجام شده، اگر ماده تاریک ۸۰ درصد جرم کائنات را تشکیل دهد، تمامی عناصر موجود می‌توانند در کنار یکدیگر به صورت پایدار حضور داشته باشند.

 

شناسایی این ماده گمشده می‌توانست حقیقتا به چالش بزرگی تبدیل شود. ماده‌ای با ساختاری منظم و مشتمل بر مواد باریونی. از جمله نامزد‌های بالقوه برای تصاحب عنوان ماده تاریک می‌توان به کوتوله‌های قهوه‌ای کوچک، کوتوله‌های سفید و ستاره‌های نوترونی اشاره کرد.

در این میان سیاهچاله‌های کلان جرم نیز گزینه‌های کاملا منحصر به فردی هستند؛ این اجرام اولا به سختی مشاهده می‌شوند، در ثانی غلبه آنها بر کائنات و پراکنش‌شان، آنقدر نیست که بتواند دانشمندان را متقاعد کند. به علاوه ماده تاریک بسیار عجیب‌تر و نامانوس‌تر است.


بیشتر بخوانید:  سیاهچاله چیست؟ توضیحی بر انواع سیاهچاله‌ها


بسیاری از دانشمندان معتقدند ماده تاریک باید مواد غیر باریونی را شامل بشود. ذرات سنگین با برهم‌کنش ضعیف (WIMPS) اصلی‌ترین گزینه، ده‌ها برابر بیشتر از پروتون جرم دارد؛ اما برهم‌کنش ضعیف آنها با مواد معمولی، شناسایی آنها را دشوار کرده است.

نوترانیلوس‌ها، ذرات فرضی و عظیمی که نسبت به نوترینو‌ها (ذرات بنیادی خنثی و بدون بار) آرام‌تر و سنگین‌تر هستند. با وجود اینکه هنوز این ذرات شناسایی نشده‌اند، اما از گزینه‌های اصلی برای حضور در ساختمان ماده تاریک هستند.

نوترینو‌های بی‌بار (Strile Neutrinos) با اینکه قادر به تشکیل مواد منظم نبوده، اما از دیگر نامزد‌ها هستند. نوترینو‌ها همواره در جریانی که از سمت خورشید ساطع می‌شود، حضور دارند؛ اما به دلیل آنکه با مواد معمولی برهم‌کنش نمی‌دهند از زمین و ساکنین آن گذر می‌کند.

سه نوع از نوترینو‌ها شناخته شده‌‌اند، اما یک نوع چهارم به نام نوترینو خنثی وجود دارد که به عنوان یکی از کاندیدا‌های هویت ماده تاریک نیز به شمار می‌رود. یک نوترینو خنثی می‌تواند به واسطه گرانش با ساختار‌های منظم برهم‌هکنش داشته باشد.

تایس دی‌یانگ (Tyce DeYoung)، استادیار فیزیک و ستاره‌شناسی از دانشگاه میشیگان، می‌گوید: “یکی از سوالات متداول این است که آیا الگویی واحد وجود دارد که در صورت شکسته شدن، گونه‌های مختلف نویترنو را تولید کند.”

لابراتوار ملی گرند ساسو ایتالیا (LNGS) طی بیانیه‌ای اعلام کرده است:

چندین اندازه‌گیری و محاسبه نجومی بر وجود ماده تاریک صحه گذاشته است. این سنجش‌ها را می‌توان مرهون تلاشی در سطح جهانی برای مشاهده مستقیم برهم‌کنش میان ذرات ماده تاریک با ماده‌ای معمولی دانست که توسط شناساگر‌هایی فوق‌العاده حساس صورت می‌گیرد. در مجموع> این مطالعات وجود ماده تاریک را تایید و پرده از جزئیات آن می‌گشاید. با این حال این برهم‌کنش‌ها چنان ضعیف هستند که امکان رصد را در نقطه‌ای مشخص بدلیل گریز دائمی این ذرات به حداقل می‌رساند. به همین دلیل دانشمندان مجبور هستند تا روز به روز حساسیت شناساگرها را افزایش دهند.

یک احتمال سوم نیز وجود دارد. قوانین گرانش تاکنون با موفقیت حرکات اجرام مختلف را تفسیر کرده‌ و این موضوع نشان دهنده ضرورت بازنگری در منظومه شمسی است.

ماده تاریک وجود دارد؟ پس چرا آن را نمی‌بینیم؟

اگر دانشمندان قادر به مشاهده ماده تاریک نیستند، پس از کجا می‌دانند که وجود دارد؟

دانشمندان بوسیله حرکات اجرام فضایی قادر به محاسبه جرمشان هستند. ستاره‌شناسان در دهه ۱۹۵۰، کهکشان‌های مارپیچی را مورد بررسی قرار می‌دادند و انتظار داشتند، سرعت حرکت مواد مرکزی کهکشان‌ها را نسبت به مواد موجود در لبه‌های خارجی بیشتر ببینند و در عوض، آنها در هر دو مطقه ستاره‌هایی را مشاهده کردند که با سرعت‌های یکسان در حال حرکت بودند.

این موضوع نشان می‌داد که هرچه جرم کهکشان‌ها بیشتر باشد، قابل مشاهده‌تر هستند. مطالعه گاز‌های موجود در کهکشان‌های بیضوی بر اهمیت وجود جرم در رویت اجرام تاکید می‌کند. نکته اینجاست، اگر جرمی که یک کهکشان را تشکیل می‌دهد به طور کلی توسط اندازه‌گیری‌های نجومی ما قابل مشاهده باشد، این کهکشان از بین خواهد رفت؛ چرا که مطالعات از ضرورت وجود جرمی دیگر برای حفظ کهکشان خبر می‌دهند.

تصاویر بالا که از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری حاصل شده است و در ۱۰ جولای ۲۰۱۲ منتشر منتشر شده‌اند. توده‌ای از ماده تاریک را در اطراف کهکشان راه شیری نشان می‌دهند. (اعتبار: STScI)

آلبرت انیشتین، فیزیکدان مشهور، ثابت کرده که اجرام بسیار بزرگ می‌توانند پرتو‌های نور را خم و منحرف کنند و به آنها این امکان را می‌دهد که مانند عدسی عمل کنند. با مطالعه نحوه انحراف در پرتو‌های نور توسط خوشه‌های کهکشانی، ستاره‌شناسان توانستند نقشه‌ای از ماده تاریک موجود در کائنات رسم کنند.

همه‌ این روش‌ها، دلایلی بسیار مستدلی ارائه می‌کند مبنی بر اینکه بخش عمده‌ای از مواد موجود در کائنات تا کنون مورد مشاهده قرار نگرفته‌اند. با اینکه ماده تاریک از بسیاری از جهت‌ها با مواد عادی متفاوت است، چندین آزمایش برای شناسایی مواد غیرعادی وجود دارد.

آزمایشی برای اثبات

طیف سنج مغناطیسی آلفا (AMS)، یک شناساگر دقیق ذرات است که در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) وجود دارد و از زمان نصب آن در سال ۲۰۱۱ تاکنون به فعالیت خود ادامه داده است. از آن زمان ، طیف سنج مغناطیسی آلفا که بیش از ۱۰۰میلیارد اشعه کیهانی که با شناساگر‌هایش برخورد کرده را ردیابی کرده است، توسط ساموئل تینگ (Samuel Ting)، دانشمند و برنده نوبل فیزیک در سال ۱۹۷۶ و از موسسه تکنولوژی دانشگاه ماساچوست، هدایت می‌شود.

پروفسور تینگ می‌گوید:

ما پوزیترون‌های -ذرات مثبتی هستند که به عنوان ضد ماده الکترون‌ها تلقی می‌شوند- زیادی را اندازه‌گیری کرده‌ایم، که بخش اضافی آن ممکن است حاصل ماده تاریک باشد. در حال حاضر، ما به داده‌های بیشتری نیاز داریم تا مطمئن شویم منشا پوزیترون‌ها ماده تاریک است و نه یک منبع اخترفیزیک ناشناخته. ما به چند سال دیگر زمان برای مطالعه نیاز داریم.

از اعماق کائنات به روی زمین بازگردیم، در زیر کوهی در کشور ایتالیا، شناساگری ۳۵۰۰ کیلوگرمی XENON1T از زنون مایع ساخته شده که به لابراتوار ملی گرند ساسو ایتالیا (LNGS) تعلق دارد. این شناساگر در جستجوی نشانه‌هایی از برهم‌کنش‌های صورت گرفته پس از برخودر بین ذرات WIMPS و اتم‌های زنون است. این آزمایشگاه چندی پیش نخستین نتایج خود را از آزمایش‌هایش منتشر کرد.

النا آپریله، سخنگوی این پروژه و پروفسور دانشگاه کلمبیا، در بیانه منتشر شده توسط لابراتوار ساسو گفته است:

با شروع پروژه XENON1T ، رقابت‌ها برای شناسایی ماده تاریک توسط شناساگر‌های بزرگ با پس زمینه فوق-پایین بر روی زمین، وارد فاز جدیدی شده است. ما مفتخر هستیم به لطف شناساگر قدرتمند خود، رقابت را پیشتازانه دنبال می‌کنیم و در خط مقدم آن حضور داریم.

آزمایش عظیم تشخیص زیرزمینی ماده تاریک به کمک زنون (LUX)، که در یک معدن طلا در داکوتای جنوبی انجام می‌شود، به جستجوی شواهدی از برهم‌‌کنش میان ذرات WIMPS و اتم‌های زنون است. تا به امروز این ابزار موفق به شناسایی این ماده مرموز نشده است.

چام گاگ، فیزیکدان دانشگاه کالج لندن و از همکاران پروژه LUX، در یک بیانیه اعلام کرده است:

این آزمایش می تواند با محدود کردن مدل‌هایی که برای ماده تاریک ارائه شده است، چشم‌اندازمان را نسبت به این زمینه تحقیقاتی تغییر دهد و شاید شاهد کشفیاتی باشیم که تا پیش از این ثبت نشده بودند.

رصدخانه نوترینو آیس‌کیوب (IceCube)، پروژه‌ای است که در زیر یخ‌های قطب جنوب انجام می‌شود و فعالیت‌اش در راستای کشف نوترینو‌های خنثی است. نوترینو‌های خنثی بدلیل داشتن برهم‌کنش با موادی که ساختار منظم دارند از گزینه‌های اصلی برای ماده تاریک به شمار می‌روند.

سایر ابزار‌ها و تجهیزات، در جستجوی ماهیت ماده تاریک نیستند، بلکه به اثرات آن می‌پردازند. فضاپیمای پلانک متعلق به سازمان فضایی اروپا (ESA) از زمانی که در سال ۲۰۰۹ ماموریت خود را آغاز کرد شروع به ساخت یک نقشه از کائنات نمود. پلانک، در این راستا، به مشاهده چگونگی برهم‌کنش میان مواد در کائنات می‌پردازد. همچنین این توانای را دارد که در کنار ماده تاریک به مطالعه انرژی تاریک نیز بپردازد.

در سال ۲۰۱۴، تلسکوپ فضایی اشعه گاما فرمی (Fermi Gamma Ray Space Telescope) متعلق به ناسا، نقشه‌ای از قلب کهکشان راه شیری در محدوده اشعه گاما تهیه کرد. این نقشه نشان می‌دهد انتشار بیش از حد اشعه گاما از هسته کهکشان منشا می‌گیرد.

در آزمایشگاه Fermilab جستجو سریوژنی برای یافتن ماده تاریک با اسفاده از استوانه‌هایی ساخته شده از دیسک‌های سیلیکونی و ژرمانیومی در راستای یافتن ذراتی که قابلیت برهم‌کنش با ماده تاریک‌ را دارند، انجام می‌شود. (اعتبار: FermiLab)

دان هوپر، اخترفیزیکدان مشغول در آزمایشگاه FermLab می‌گوید:

سیگنال‌هایی که ما پیدا کرده‌ایم توسط گزینه‌های مطرح شده قابل توضیح نیست و با آن دسته از پیشبینی‌ها که مدل‌سازی‌هایی ساده از ماده تاریک ارائه می‌کنند بیشتر هماهنگی دارد.

محققان می‌گوید زیاد بودن اشعه گاما در مرکز کهکشان راه شیری می‌تواند مربوط به نابودی ذرات ماده تاریک با سطحی از انرژی در بازه ۳۱ تا ۴۰ میلیارد الکترون ولت است. با توجه به این نتایج ماده تاریک قابلیت چندانی در انتشار ندارد. در مجموع انجام پروژه‌ها و آزمایش‌های شناسایی بیشتری برای دستیابی به داده‌های بیشتر برای تجزیه‌ و تحلیل نیاز است.

انرژی تاریک، قوی‌تر از ماده تاریک است

با اینکه گفته شد ماده تاریک بخش زیادی از ماده کائنات را تامین می‌کند. اما مطالعات نشان می‌دهد، این مقدار تنها معادل یک چهارم ساختار جهان است. بله! جهان تحت سلطه مفهوم دیگری به نام انرژی تاریک است. انرژی تاریک بخش عمده مواد تشکیل دهنده کائنات را شامل می‌شود.

پس از انفجا بزرگ یا بیگ بنگ، جهان رویه گسترش به سمت بیرون را در پیش گرفت. دانشمندان تا پیش از این تصور می‌کردند که سرانجام این فرآیند با کمبود انرژی مواجه خواهد شد و طی یک روندی آهسته‌تر کشش جاذبه، اجرام را به سمت یکدیگر سوق می‌دهد. اما مطالعه ابرنواختر‌های دوردست نشان می دهد روند گسترش جهان نسبت به گذشته سریع‌تر شده است نه آهسته‌تر.

همچنین نشان ‌دهنده فاکتور شتاب در روند این گسترش است. این مشاهدات با میزان انرژی که ما برای جهان متصور هستیم جور در نمی‌آید. به طور حتم کائنات از انرژی کافی برای غلبه بر جاذبه و سبب شدن گسترش خود برخوردار است. چنین ماده ناشناخته‌ای را ماده تاریک می‌نامیم.

 

بیشتر بخوانید:

.

منبع: Space

مطلب ماده تاریک چیست ؛ سر به مهر‌ترین راز دنیای اخترفیزیک برای اولین بار در وب سایت تکراتو - اخبار روز تکنولوژی نوشته شده است.

اثبات وجود دریچه ای برای ورود به فیزیک جهان تاریک

فیزیکدانان نظری فرضیه جدیدی مطرح کرده اند که هدف آن، برقراری ارتباط میان فیزیک اشیای مرئی و نیروهای پنهان جهان است: اگر درگاهی وجود داشته باشد که روی فاصله میان مدل استاندارد ماده تاریک و انرژی تاریک پل بزند، چه می شود؟

گویا آی تی – ایده اصلی این فرضیه آن است که، دلیل آنکه در شناخت چیزهایی مانند ماده تاریک و انرژی تاریک بسیار به زحمت افتاده ایم، آن نیست که آنها وجود ندارند؛ بلکه دلیلش آن است که نسبت به درگاهی که می تواند محل تعامل و برهمکنش ذرات معمولی و این ذرات “تاریک” باشد، بی اعتنا بوده ایم. وجود این درگاه را می توان به صورت تجربی آزمایش کرد.
ایده وجود چنین درگاه هایی در جهان، در نگاه اول بسیار عجیب به نظر می رسد.، اما یک لحظه توجه کنید: ما از درگاههایی در ابعاد کوانتومی صحبت می کنیم؛ یعنی در مقیاس بسیار بسیار کوچک. نه درگاهی که بتوان یک فضاپیما را از آن رد کرد.

و این اولین باری نیست که این نوع از درگاهها در جهان فیزیک نظری بررسی و کشف شده است.
یک شکاف بزرگ در جهان فیزیک وجود دارد که بین آنچه می توانیم “فیزیک قابل مشاهده” بنامیم و آنچه “فیزیک تاریک” می دانیم، به وجود امده است. به همین دلیل می توان وجود مفهومی مثل درگاه را در نظر گرفت. فیزیک قابل مشاهده، به چیزهایی مربوط می شود که می توانیم اندازه بگیریم و مستقیما شناسایی نماییم؛ مانند امواج الکترومغناطیسی و فوتون ها. اما فیزیک تاریک، از چیزهایی تشکیل شده که می توانیم آثار آنها را احساس کنیم، اما نمی توانیم با آنها تعامل داشته باشیم؛ مثل ماده تاریک و انرژی تاریک. درگاه ها، نشان دهنده تلاش ما برای توضیح شیوه تعامل این دو جهان ظاهرا مجزا می باشد. همین تعاملات هستند که جهان ما را شکل داده اند.

قسمت قابل مشاهده فیزیک، بر محور ۱۷ نوع ذره می گردد که مدل استاندارد را تشکیل می دهند؛ از جمله این ذرات می توان به الکترون ها، فوتون ها، و بوزون هیگز اشاره کرد.
اما متاسفانه، مدل استاندارد نمی تواند همه آنچه که شاهد وقوعش در جهان هستیم را توضیح دهد. مهم تر از همه آنکه، این مدل نمی تواند گرانش یا نرخ انبساط جهان را توضیح دهد.
این مسئله باعث شد دانشمندان نیروهای فرضی ماده تاریک و انرژی تاریک را معرفی کنند. پیش بینی می شود این نیروها ۹۵ درصد از جهان را تشکیل داده باشند.
تحقیقات مختلف نشان داده اند که ممکن است ذرات پنهان و تاریکی وجود داشته باشند که ماده تاریک و انرژی تاریک را تشکیل دهند، اما ابزارهای ما نمی توانند آنها را آشکار کنند. اما آزمایش هایی مانند برخورد دهنده بزرگ هادرون، روی آن کار می کنند. در این آزمایش ها، ذرات منظم با سرعت فوق العاده بالا با هم برخورد می کنند، به امید آنکه در خرابه های باقی مانده از آنها، چیزی به دست آید که نمایند بخش تاریک فیزیک باشد.

اما تاکنون، جهان فیزیک تاریک موفق شده خودش را از ما پنهان نگه دارد. و همین امر یک شکاف بزرگ ایجاد که محققان بسیار مشتاق اند آن را پر کنند و در نهایت درک ما از جهان را تکمیل نمایند.
در حال حاضر یک راه حل احتمالی پیشنهاد شده است. طبق نتایج یک تحقیق جدید که توسط محققان موسسه علوم پایه کره جنوبی انجام شده، با یک درگاه جدید، که “درگاه axion تاریک” نامیده می شود می توان روی این فاصله پل زد.
درگاههای میان جهان تاریک و جهان قابل مشاهده فیزیک، همان چیزی هستند که فیزیکدانان نظری به دنبالش می گردند. اما تا کنون، فقط دو نوع درگاه معرفی شده است: درگاههای برداری و درگاههای axion

این درگاه ها بر اساس دو ذره فرضی بخش تاریک که محققان وجود آنها را پیش بینی کرده اند، طراحی شده اند: axion و فوتون تاریک
Axion، ذره بسیار سبکی است که برای حل برخی از مسائل نظری با مدل استاندارد پیشنهاد شده است. فوتون تاریک، مانند فوتون قابل مشاهده ای است که تاریک شده باشد. در علم فیزیک، فوتون را ذره تشکیل دهنده نور مرئی می دانند.
فوتون های تاریک به جای آنکه مثل فوتون های معمول، با بار الکترومغناطیسی برهمکنش داشته باشند، با چیزی به نام بار تاریک هم جفت می شوند. این جفت شدگی توسط ذرات دیگر بخش تاریک انجام می گیرد.
در گذشته، درگاههای axion و برداری برای یافتن شواهد دال بر وجود این دو ذره مورد استفاده قرار می گرفتند، اما در تحقیق جدید نشان داده شده که درگاه axion تاریک، همان قطعه گم شده ی پازل ماست.
ایده اصلی پیشنهاد این درگاه جدید، آن است که یک نوع کوارک سنگین در مدل استاندارد وجود دارد که یک بار تاریک را نیز حمل می کند. این بارها می توانند با فوتون های تاریک برهمکنش داشته باشند.

به گفته تیم تحقیقاتی مذکور، Axionها، فوتون ها و فوتوهای تاریک، همگی می توانند با این کوارک سنگین برهمکنش داشته باشند.
به گفته سرپرست این تیم تحقیقاتی، لی های سانگ، “درگاه axion تاریک، اولین ارتباط بامعنا را میان دو جهان فیزیکی برقرار کرده است. این دو جهان، قبلا به صورت جداگانه مطالعه می شدند”.
“به این ترتیب می توانیم داده هایی که قبلا به دست آمده را مجددا تفسیر کنیم و در جستجوی خود برای پیدا کردن فوتون تاریک و axion ها به موفقیت برسیم”.
این تیم تحقیقاتی تاکنون فقط ایده وجود این درگاه را مطرح کرده و به نحوه عملکرد آن اشاره کرده بود، اما این روزها آزمایش های جدیدی را پیشنهاد می دهند که می توان در آنها با استفاده از این درگاه، یک بار برای همیشه ثابت کرد که آیا axionها و فوتونهای تاریک واقعا وجود دارند یا خیر.
این ایده بسیار جسورانه است، و ما تا زمانی که آزمایش های بیشتری انجام ندهیم، هیچ نشانه ای از صحت یا عدم صحت آن به دست نخواهیم آورد.
حتی زمانی که راهی برای شناسایی بخش تاریک فیزیک پیدا کنیم، فقط نیمی از تصویر جهان را دیده ایم؛ به همین دلیل دانشمندان باید آنقدر روی این ایده کار کنند تا پازل تصویر جهان کامل شود.

آیا ماده تاریک می تواند خود موجودات فرازمینی باشد؟

یک متخصص فیزیک نجومی می گوید ما ممکن است نتوانیم موجودات فضایی را از طریق قوانین فیزیک شناسایی کنیم.

آیا ماده تاریک می تواند خود موجودات فرازمینی باشد؟
گویا آی تی – این هفته یک کارشناس فیزیک نجومی آزمایش فکری جالبی را مطرح کرد: اگر تمدنی از حیات فرازمینی به اندازه کافی پیشرفته باشد، ممکن است شناسایی آن از طریق قوانین فیزیک ما را دچار سردرگمی کند.
به عبارت دیگر، چیزی که ما تصور می کنیم ممکن است تاثیرات نیروهای مرموزی مانند انرژی تاریک و ماده تاریک در هستی باشند، در واقع می تواند تاثیر و نفوذ هوش بیگانگان بوده – و یا شاید خود بیگانگان باشند.
اگر بخواهیم صادقانه بگوییم — ما هیچ شواهد و مدارکی نداریم و این فرضیه نیز نمی تواند به راحتی مورد آزمایش قرار بگیرد. و هیچ کس هم در واقع ادعا نمی کند که بیگانگان تحت نیروی گرانشی انرژی تاریک در حال فعالیت هستند.
اما چیزی که کالب شارف، مدیر فیزیک نجومی دانشگاه کلمبیا، در یک مقاله جدید در سایت مجله علمی Nautilus اشاره می کند این است که، حداقل در تئوری این احتمال وجود دارد که یک تمدن بیگانه به چنان پیشرفتی برسد که با قوانین فیزیک قابل شناسایی نباشد.
و قبلاً نیز چند پدیده کیهانی وجود داشته اند که به طور بالقوه با این روش توضیح داده می شوند – یا حداقل این که آن چنان مرموز و عجیب هستند که ما نمی توانیم امکان پذیری آن را نادیده بگیریم.

قبل از اینکه تمام این گفته ها را احمقانه فرض کنید، توجه داشته باشید که این ایده اساساً توضیح قانون سوم آرتور سی کلارک نویسنده داستان های علمی تخیلی است: این که تشخیص دادن فناوری های پیشرفته از جادو امکان پذیر نیست.
ما باید این را در نظر بگیریم که کلارک یک نویسنده بود، نه یک دانشمند، اما تصور کنید که فردی را به عصر حجر بفرستید در حالی که روی هاوربورد سوار شده و گوشی آیفون دارای اتصال وای فای در دست دارد، همه این فناوری ها در آن دوره شبیه جادو خواهد بود. حتی وقتی الکتریسیته اختراع شد نیز شبیه جادو به نظر می رسید.
اما لااقل اجداد اولیه ما تا اندازه ای ما را شبیه به خود می بینند. آزمایش فکری شارف همه چیز را یک قدم به جلو می برد.
او در سایت Nautilus می پرسد، ” اگر حیات تا حدی تغییر کرده باشد که صرفاً جادویی به نظر نرسد، اما آیا طبق قوانین فیزیکی به نظر می رسد؟”
” گذشته از هر چیز، اگر کیهان دارای انواع دیگری از حیات باشد و اگر برخی از آن زندگی ها فراتر از پیچیدگی ها و فناوری های ما پیشرفته باشند، ما باید برخی احتمالات بسیار بالا را در نظر بگیریم.”

شارف اولین کسی نیست که تاکید می کند ما باید فراتر از تصور خود از نوع حیات در جستجوی بیگانگان باشیم.
اگرچه زندگی بر روی کره زمین بر پایه کربن است، اما کارشناسان فیزیک نجومی چند دهه است استدلال می کنند که ممکن است چیزی فراتر از حیات مورد تصور ما در کیهان وجود داشته باشد، به طوری که به جای کربن از متان استفاده کند.
همچنین گفته می شود که احتمالاً حیات پیشرفته فرازمینی از مدتها قبل از شر جسم های فانی خود خلاص شده اند و خود را به جسم های دیگری انتقال داده اند، که نوعی فناوری ناشناخته است.
همچنین گروهی از دانشمندان وجود دارند که متقاعد شده اند ما در واقع در یک دنیای شبیه سازی شده توسط بیگانگان زندگی می کنیم.
تمام این ادعاها ممکن است غیر منطقی و عجیب به نظر برسند، اما آنها می توانند یکی از بزرگ ترین پرسش های علم را که با عنوان پارادوکس فِرمی شناخته می شود را توضیح دهند: بیگانگان کجا هستند؟

پس چگونه تمام این مسائل با قوانین فیزیک توضیح داده می شود؟
طبق توضیح شارف، اگر ما می خواهیم بپذیریم که بیگانگان ممکن است همانند تصورات ما نباشند و می توانند بسیار پیشرفته تر از درک ما باشند، پس ما بهتر است این احتمال را در نظر بگیریم که آنها می توانند در پس برخی از پدیده های عجیبی باشند که ما در کیهان مشاهده می کنیم.
برای مثال، ماده را در نظر بگیرید. تمام ماده مرئی موجود در هستی، ستاره ها و سیاره ها و گاز کیهانی نمی توانند میزان جاذبه ای که همه کهکشان ها را در کنار هم نگه داشته را توضیح دهند.
بنابراین دانشمندان برای توضیح این تناقض مفهومی به نام ماده تاریک را ارائه کرده اند – یک نوع مرموز از ماده که با تابش الکترومغناطیس فعل و انفعال انجام نمی دهد.
اگرچه ماده تاریک حدود ۲۷ درصد از جرم و انرژی موجود در هستی شناخته شده کنونی را تشکیل می دهد، اما تناقضاتی در مشاهدات ما از پدیده ها وجود دارد و ما هنوز باید به دنبال روشی باشیم تا آن را توسط قوانین فیزیک توضیح دهیم.
اما آیا نمی توانیم تصور کنیم که ماده تاریک در واقع یک تمدن پیشرفته فرازمینی است که یاد گرفته تا خود را به نوع عجیبی از ذرات زیر اتمی تبدیل کند و از بقیه هستی مخفی بماند؟
شارف می نویسد، ” برای فرار از دگرگونی های شدید سوپرنووا (اَبَر اختر) و انفجارهای اشعه گاما چه راهی بهتر از انتخاب حالتی ایمن در مقابل تشعشعات الکترومغناطیس وجود دارد؟ ”
” شاید عدم مطابقت مدل های نجومی و مشاهدات نه فقط گواهی بر خود واکنش ماده تاریک باشد، بلکه حاکی از این باشد که ماده تاریک به طور مصنوعی دستکاری و تغییر داده می شود.”

اگر این مسئله به نظر شما چندان عجیب نیست، پس ایده های شارف درباره انرژی تاریک مطمئناً عجیب تر هستند.
انرژی تاریک یک نیروی فرضی است که مسئول افزایش سرعت گسترش هستی است. اما تا ۵ میلیارد سال قبل هستی با این سرعت در حال گسترش نبوده است و پژوهشگران در رابطه با چرایی آن کاملاً مطمئن نیستند.
شارف اشاره می کند که شاید انرژی تاریک توسط یک تمدن فرازمینی پیشرفته ایجاد شده باشد که قصد داشته اند تا از طریق گسترش دادن بیشتر آن از گرم شدن بیش از اندازه این هستی پر ازدحام جلوگیری کنند.
او می نویسد، ” از زمانی تسریع شدن این گسترش، همه انواع حیات اولیه در هستی ۸ میلیارد سال تکامل را تجربه کرده اند.”
” این ممکن است اغراق آمیز باشد، اما شاید چیزی درباره خود حیات وجود دارد که کیهان را تحت تاثیر قرار داده است، یا ممکن است آن ساکنان تکامل یافته تصمیم گرفته باشند تا گسترش یافتن هستی را دستکاری کنند. ”
هیچ یک از این فرضیات به طور دقیق بررسی نشده اند و آنها صرفاً عقاید یک کارشناس فیزیک نجومی هستند که از مرزهای احتمالات تئوری فراتر رفته است.
اما اگرچه ما در حال حاضر نمی توانیم هیچ کدام از این فرضیات را آزمایش کنیم، اما آنها را نیز نمی توانیم نادیده بگیریم. حقیقت این است که مسائل زیادی در رابطه با علم فیزیک وجود دارد که هنوز نمی توانیم درک کنیم.

بله، اگرچه متاسفانه هیچ مدرکی وجود ندارد که رخدادهای مرموز کیهان در ارتباط با بیگانگان باشند، اما لااقل دانشمندان باید این احتمال را در نظر بگیرند که ممکن است نیروهای موثر دیگری وجود داشته باشند که هنوز در تخیل ما هم نمی گنجند.

ترسیم نقشه ی سه بعدی از ۱.۲ میلیون کهکشان

دانشمندان پس از یک دهه مطالعه و اندازه گیری ستاره ها، یک نقشه ی سه بعدی از 1.2 میلیون کهکشان را تهیه کردند.

دانشمندان پس از یک دهه مطالعه و اندازه گیری ستاره ها، یک نقشه ی سه بعدی از ۱.۲ میلیون کهکشان را تهیه کردند.

این نقشه ی سه بعدی، گسترش هستی را به مرور زمان محاسبه می کند؛ البته با در نظر داشتن نظریه ای که در آن، انرژی تاریک در افزایش اندازه ی هستی نقش دارد.

صدها دانشمند از پروژه ی BOSS، برای تشکیل این نقشه همکاری کرده اند.  Baryon Oscillation Spectroscopic Survey یا به اختصار BOSS، بخشی از برنامه ی اسلون دیجیتال پیمایش آسمان ۳ است که گسترش هستی به مرور زمان را اندازه گیری می کند. نقشه ی کامل، به اندازه ی ۶۵۰ مکعب میلیارد سال نوری گسترش یافته که تقریبا، یک چهارم آسمان را تشکیل می دهد.

تصویری که در بالا مشاهده می کنید، تنها بخشی از آن را نشان می دهد؛ این تصویر تنها ۱ بیستم آسمان، معادل ۶ میلیارد سال نوری را پوشش می دهد. رنگ ها در واقع بیانگر فاصله ی کهکشان ها از زمین هستند؛ نقطه های زرد رنگ نشانگر نزدیک ترین کهکشان ها و رنگ بنفش، دورترین کهکشان ها را نشان می دهد. نقاط خاکستری مناطقی را نشان می دهند که نقشه برداری نشده اند. این تصویر، ۴۸۷۴۱ کهکشان، یعنی تقریبا ۳ درصد از کل داده را نشان می دهد، این بدان معناست که آنها در مجموع ۱۶۲۴۷۰۰ کهکشان را مشاهده کرده اند.

دانشمندان در پروژه ی BOSS به کمک ردیابی فشار امواجی که از انفجار بزرگ سرچشمه گرفته و طی ۴۰۰۰۰۰ سال بعد، به شکل ماده ی امروزی منجمد شده، موفق به اندازه گیری افزایش اندازه ی هستی شدند. این دانشمندان، حرکات کیهانی از ۷ میلیارد تا ۲ میلیارد سال قبل را ردیابی کرده اند. در این اندازه گیری ها، نقش انرژی تاریک و ماده ی تاریک در رشد اندازه ی هستی در نظر گرفته شده است. اندازه گیری میزان گسترش کهکشان ها در گذر زمان، از رقابت این دو عامل در افزایش گسترش هستی در طول این مدت خبر می دهد.

فلوریان بویتلر از دانشگاه Portsmouth در این باره می گوید: “در صورتیکه انرژی تاریک در طول این مدت باعث گسترش هستی شده باشد، نقشه ی ما نشان می دهد که نقش بسیار آرامی داشته است؛ این تغییرات در طول ۷ میلیارد سال، ۲۰ درصد بوده است.”

.

با عضویت در کانال رسمی تکرا در تلگرام از آخرین اخبار روز تکنولوژی مطلع باشید.

.

منبع: engadget


عصر تکنولوژی، تکرا

نوشته ترسیم نقشه ی سه بعدی از ۱.۲ میلیون کهکشان اولین بار در عصر تکنولوژی - تکرا پدیدار شد.