ماده تاریک

در نظر نیوتون این نیرو آنی بر جسم وارد می شود یعنی اینکه به محض حضور جسم نیرو بر آن وارد می شود

کیهان شناسی که علم مطالعه آغاز، شکل گیری و تکامل علم است هنوز نمی داند ۹۹% عالم را چه چیزی تشکیل می دهد. به نظر می رسد جزء غیر قابل مشاهده ای قسمت اعظم عالم را تشکیل می دهد که قابل شناسایی نیست.

ماهیت این ماده ناشناخته چیست؟ چگونه آن را بشناسیم؟

وجود یک پدیده را از دو طریق می توان اثبات کرد یکی مشاهده مستقیم آن پدیده و دیگری مشاهده تاثیرات آن پدیده بر محیط اطراف یا پدیده هایی که مشاهده آنها آسان تر است.

برای درک بهتر این موضوع به بررسی مختصری از نسبیت عام اینشتین می پردازیم:

آلبرت اینشتین پس از ارائه نظریه نسبیت خاص به اصلاح نظریه نیوتون پرداخت تا آن را با اصول نسبیتی تطبیق دهد. بنابر نظریه گرانش نیوتون دوجسم نیروی گرانشی برهم وارد می کنند. این نیرو متناسب است با جرم هرکدام، و تناسب معکوس دارد با مجذور فاصله آنها. در نظر نیوتون این نیرو آنی بر جسم وارد می شود یعنی اینکه به محض حضور جسم نیرو بر آن وارد می شود. پس اگر جسم نابود شود بلافاصله نیرویی که برجسم دیگر وارد می کند از بین خواهد رفت. اینشتین به نادرست بودن این نظر پی برد، چرا که هیج نیرو (هم چنین هیچ جسمی) نمی تواند سریعتر از نور منتشر شود. از این رو انیشتین نظریه خود براساس این که سرعت انتشار گرانش همان سرعت نور باشد ارائه کرد.انیشتین برای توضیح این مطلب بعد زمان را به سه بعد فضایی دیگر اضافه کرد در نتیجه مفهوم فضا- زمان را ایجاد کرد. سپس توصیف کردکه دراین صورت هر جرمی بدلیل ایجاد انحنا در فضا گرانش ایجاد می کند. بنابراین مفهوم نیرو از بین رفت. برای سادگی مطلب به جای فضای چهار بعدی یک مثال در فضای سه بعدی می زنیم یک صفحه لاستیکی را برروی یک چهارچوب کشیده شده است در نظر آورید. این صفحه صاف است. پس اگر تیله ای را برروی آن سر دهیم خط مستقیم را طی می کند. حال اگر یک توپ سنگین را برروی صفحه رها کنید. باعث می شود صفحه در اطرافش گود بردارد. اکنون اگر تیله را روی صفحه لاستیکی و درحوالی گول سنگین سر بدهید. انحنای صفحه لاستیکی باعث می شود که تیله مسیری منحنی دنبا کند. یک ناظر که نتواند انحنای سطح لاستیکی را ببیند خواهد گفت: توپ دارد نیرویی بر تیله اعمال و آن را از مسیر منحرف می کند ولی ما میدانیم نیرویی در کار نیست بلکه حرکت انحراف حرکت نتیجه انحنای صفحه است. فضا- زمان نیز تا حدودی به همین شکل است اگر جرمی در آن قرار بگیرد باعث انحنای آن می شود که حتی نور (که جرم ندارد) را منحرف می کند. بنابراین نیرو مفهوم خود را ازدست می دهد.

در نهایت بنا بر مطالب گفته شده این گونه می توان نتیجه گیری کرد که جرم منشا ایجاد جاذبه می باشد بنابراین هر جا جرمی وجود داشته باشد (خواه قابل مشاهده و خواه غیر قابل مشاهده) مطمئنا گرانشی نیز وجود دارد که این گرانش نیز با ایجاد انحرافاتی در مسیر نور می تواند قابل شناسایی توسط تلسکوپ های فضایی باشد.

همانطور که می دانید خوشه کهکشان ها و تعدادی از گروه های شناخته شده آنها بزرگ ترین اجرام جهان هستند. اندازه آنها از حدود تجمع های کوچک نظیر گروه محلی ما با ۲۰ الی ۳۰ عضو تا سیستم های کروی عظیم از کهکشان ها با دهها هزار عضو متغیر است.

اختر شناسان با مطالعه و بررسی حرکت این کهکشان های عضو و با استفاده از قوانین گرانشی توانسته اند جرم خوشه مورد نظر را به دست آورند. در بیشتر این محاسبات دیده می شود که جرم یک خوشه بیشتر از جرم کهکشان های عضو آن است در نتیجه بیشتر مواد تشکیل دهنده این خوشه ها( و جهان) به صورت گازهای داغ پراکنده، خرده سنگ ها و سیاه چاله ها و یا اجرام تاریک دیگرمی باشند.

به نظر می رسد که در اثر حرکت بسیار سریع کهکشان های عضو ( در یک محیط گازی) پرتوX گسیل می شود. محققان با مطالعات مبتنی بر پرتو X (با استفاده از آشکار ساز هایی با قدرت تفکیک بسیار بالا) قادرند گاز موجود در خوشه ها را شناسایی کنند و انگاه به ماهیت واقعی این " ماده ناپیدا" پی خواهند برد.

۹۰ درصد از کل عالم تشکیل شده از ماده تاریک می باشد که قادر به دیدن آن نیستیم و اختر شناسان اوقات زیادی را صرف شناسایی و نقشه برداری از ماده ناشناخته می کنند.

محققان بر ۲ نظریه متفاوت معتقدند:

۱) ماده تاریک به شکل کروی پیرامون کهکشانها قرار دارد

۲) این ماده به شکل صفحه‌ای در عالم پراکنده است

ولی از آنجایی که قادر به مشاهده ماده تاریک نمی باشند بنابراین اظهار نظر قطعی درباره هر یک از دو نظریه فوق برایشان کاری بسیار سخت محسوب می شود.

برخی از شبیه سازیهای رایانه‌ای نوین نشان می‌دهند صفحات غباری که اطراف برخی از کهکشانها وجود دارد، ممکن است کار یافتن مکان توزیع ماده تاریک را آسان کند. اکثر کهکشانها در صفحه استوایی خود صفحه‌ای از گاز و غبار دارند، اما آنچه اخترشناسان برای تعیین چگونگی توزیع ماده تاریک به آن نیاز دارند، صفحه‌ای غباری است که کمی نسبت به استوای کهکشان کج باشد. چنین صفحه‌ای اخترشناسان را به رانش گرانشی ناشی از توده ماده تاریک راهنمایی می‌کند. یافتن چنین کهکشانی کار سختی است، اما اخیرا کهکشان عدسی مانندی به نام NGC۴۷۵۳ یافت شده است که این خصوصیات را دارد.

این کهشکان از قدر ۹.۹ که در صورت فلکی سنبله واقع است و حدود ۲۸ میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد. صفحه گازی پیرامون NGC۴۷۵۳ با ماده تاریک اطراف آن، مواد زیادی را از کهشکان دیگری ربوده است. این ربایش حدود ۵۰۰ میلیون سال قبل یا حتی کمی دورتر از این روی داده است (زمان ربایش ماده از روی سرعت چرخش این کهکشان محاسبه می‌کنند).

صفحه گاز و غبار پیرامون این کهکشان حدود ۱۵ درجه با صفحه چرخش آن زاویه دارد.

اگر این اختلاف زاویه وجود نداشت، کل صفحه در فضای اطراف کهکشان پخش می‌شد و کهکشان شکل مسطح‌تری می‌یافت، اما اکنون با این اختلاف زاویه سرعت و حرکت و حتی جهت حرکت تغییر می‌یابد، از همین تغییرات می‌توان به تمرکز مواد تاریک و توزیع آن در کهشکان پی برد. شبیه سازیهای رایانه‌ای که از داده‌های رصدی این کهکشان بدست آمده است، پیچ خوردگیهای فراوانی را در صفحه غباری پیرامون آن نشان می‌دهد.

در نهایت شبیه سازی که برای کهکشان NGC۴۷۵ انجام شده است نشان می دهد که بیشتر ماده تاریک این کهکشان به صورت کروی پیرامون کهکشان قرار است و کمی هم دارای پخ شدگی می باشد (مثل یک همبرگر بزرگ!!!!).

نویسنده: منا - صفری

منبع: سایت - مهبانگ

منابع:

۱.فلک را سقف...(کیهانشناسی برای همه)، دکتر رضا منصوری، طرح نو

۲.شناخت گیتی، پروفسور باربارا رایدن، گردآوری و ترجمه: مهندس افشین آزادمنش

۳.نجوم و اختر فیزیک مقدماتی جلد دوم اختر فیزیک، زیلیک و اسمیت. ترجمه دکتر جمشید قنبری و دکتر تقی عدالتی،انتشارات دانشگاه امام رضا(ع)

۴.ساختار ستارگان و کهکشانها، نوشته پاول هاج، ترجمه توفیق حیدرزاده، انتشارات گیتاشناسی

۵. سایت آموزش و پرورش استان خراسان

۶.شبکه فیزیک هوپا