رازهایی از جهان هستی -  قسمت دوم

اخترشناسان هم اکنون معتقدند که ماده ی تاریک به عنوان یک ماده ی اساسی در ایجاد جهان هستی با آن ویژگی هایی که در حال حاضر از آن سراغ داریم، حضور داشته است.

تقریبا 14 میلیارد سال پیش، لحظات پس از انفجار بزرگ، انبساط جهان با سرعت فزاینده ای آغاز شد و خوشه های کهکشانی نیز شروع به شکل گیری کردند.

با این حال، گسترش جهان آنچنان هم سریع نبود که در پی این گسترش، تمام کهکشان ها به گوشه های دوردست پرتاب شوند. دلیل اصلی آن هم این است که ماده ی تاریک با وجود نامرئی بودن، باعث نگه داشته شدن همه چیز در کنار هم می شود.

به عبارتی می توان گفت که ماده ی تاریک همانند باد است. ما نمی توانیم به طور مستقیم آن را ببینیم، اما می دانیم که وجود دارد. حالا سوال اینجاست که این ماده چه مقدار از کل کاینات را تشکیل می هد؟ باید بگوییم که مقدار زیادی از این ماده در سراسر کاینات وجود دارد و حدود 25 درصد از جهان هستی را در بر گرفته است.

به طور گیج کننده ای گاهی اوقات گفته می شود که ماده ی تاریک تا حدود 80 درصد از کل مواد موجود در جهان را تشکیل می دهد. دلیل این بیان آن است که تنها 30 درصد از جهان هستی از ماده ساخته شده و بیشتر همان قسمت نیز ماده تاریک است. بقیه ی جهان انرژی است.

در ادامه ی پژوهش ها و تا دهه ی 1980، اولین شواهد محکم برای ماده ی تاریک به دست آمده بودند. به عنوان مثال، در سال 1981 یک تیم به سرپرستی مارک دیویس (Marc Davis) از دانشگاه هاروارد، یکی از اولین کندوکاوهای کهکشانی را انجام دادند. آنها متوجه شدند که کهکشان ها در الگوهای یکنواختی مرتب نشده اند. به باور کارلوس فرنک (Carlos Frenk) از دانشگاه دورهام انگلستان:

اینگونه نیست که ماده ی تاریک تنها مانند مخلوط خامه ای در اطراف یک کیک پاشیده  شوند.
بلکه به جای آن حالت، کهکشان ها درون خوشه های بزرگی جمع می شوند که هر یک حاوی صدها هزار کهکشان هستند. این امر باعث می شود تا الگوهای پیچیده  با عنوان «تارهای کیهانی» شناخته شوند. این تارها به وسیله ی ماده ی تاریک با هم گره خورده اند. به عبارت دیگر، ماده تاریک اسکلتی است که ماده ی معمولی روی آن آویخته شده است. کارولین کرافورد (Carolin Crawford) از دانشگاه کمبریج انگلستان می گوید: «ما می دانیم که در مراحل اولیه ی تشکیل جهان، بودن این ماده لازم بوده است. نگه داشتن همه ی آن پدیده ها به صورت خوشه های کهکشانی بسیار حیاتی بوده است. چرا که در ادامه باعث توسعه ی ساختارهایی شده که در حال حاضر می بینیم.»

به گفته ی فرنک، کشف این خوشه باعث شکل گیری یک انگیزه ی جدید شد. دیویس که در آن زمان استاد فرنک بود، او را برای کشف اینکه چرا کهکشان ها به این شکل آرایش یافته اند به چالش کشید.

هنگامی که فرنک جستجوهای خود را آغاز کرد، به این نکته پی برد که یک فرد دیگر نیز ادعا کرده که زودتر از او توانسته این موضوع را کشف کند. در سال 1980، یک تیم روسی توسط وی ای لیوبیموف VA Lyubimov توانسته بودند یک توضیح محتمل و ممکن را از ماده ی تاریک ارایه کنند. آنها پیشنهاد کردند که ماده ی تاریک از نوترینوها ساخته شده اند.

این پیشنهاد به مقدار تقریبا مطمئنی بامعنی و معقول به نظر می رسید. نوترینوها ذرات تاریک و شبح مانندی هستند که به سختی با هر چیز دیگری برهم کنش می کنند. محققان پیشنهاد کردند که جرم ترکیبی همه ی نوترینوها در کل جهان ممکن است با جرم مجهول مورد بحثمان برابری کند و در واقع جای آن را پر کند.

اما در این میان یک مسئله وجود داشت. نوترینوها به صورت «ماده ی تاریک بسیار گرم» هستند، بدین معنی که آنها سبک بوده و در نتیجه، قادر به حرکت سریع نیز هستند. هنگامی که فرنک شبیه سازی یک کیهان پر از ماده ی تاریک داغ را به انجام رساند، متوجه شد که این مدل نمی تواند کارکرد عملی داشته باشد. وی در این مورد چنین گفته است: «ما با ناامیدی بزرگی روبرو شدیم و دریافتیم که جهان با ماده ی تاریک داغ به هیچ روی، شبیه جهان واقعی نخواهد بود. آن ایده با اینکه زیبا و مهیج بود اما برای دنیایی که در آن زندگی می کنیم به هیچ وجه عملی نبود. ابرخوشه های عظیم کهکشانی که ما می شناسیم در این جهان وجود نداشتند.»

در نتیجه، ماده ی تاریک باید سرد و به آهستگی در حال حرکت بود. قدم بعدی این بود که مکان این ماده ی تاریک سرد یافت شود.

اگر چه ما نمی توانیم ماده ی تاریک را به طور مستقیم مشاهده کنیم، اما ماده ی تاریک یک عملکرد بسیار بارز دارد که از طریق آن خود را به ما نشان می دهد. ماده ی تاریک نور گذرنده از خود را خم می کند. این موضوع به مقدار کمی همانند وقتی است که نور از میان یک استخر شنا یا یک پنجره مات حمام عبور کرده و می درخشد. این اثر در فیزیک به نام «همگرایی گرانشی» شناخته می شود و می توان آن را برای تشخیص محل هایی که در آن ابرهای ماده ی تاریک وجود دارند، استفاده کرد. با استفاده از این روش، دانشمندان در حال ایجاد نقشه های از ماده ی تاریک موجود در جهان هستی هستند.

در حال حاضر آنها تنها بخشی از این طرح را نقشه برداری کرده اند. اما تیمی که پشت چنین پروژه ای است، مسلما اهداف بلندپروازانه ای در سر دارند و امیدوارند که بتوانند نقشه ی یک هشتم از کل جهان ما شامل میلیون ها کهکشان را تهیه کنند. برای اینکه اندکی به عظمت این ارقام پی ببرید باید یادآوری کنیم که کهکشان ما، یعنی کهکشان راه شیری، شامل چندین میلیارد ستاره و احتمالا 100 میلیارد سیاره است.

در حال حاضر این نقشه ها خام تر و ناقص تر از آن هستند که بتوانند جزییات دقیقی به ما ارایه کنند. گری پرزیو (Gary Prezeau) از آزمایشگاه پیشرانه ی جت ناسا در موسسه فناوری کالیفرنیا می گوید:

همانند این است که شما یک ایده ی اولیه از قاره های روی زمین داشته باشید. اما آنچه واقعا به دنبالش هستید شامل اشکال کوه ها و دریاچه های کره ی زمین باشد.

با این حال، ما حداقل یک ایده ی خام از این که ماده ی تاریک در چه محل هایی وجود دارد به دست آورده ایم. اما واقعیت این است که هنوز هم نمی دانیم ماهیت دقیق آن چیست؟

چند ایده ی دیگر نیز مطرح شده است، اما در حال حاضر این پیشنهاد محبوب ترین مورد است که بر مبنای آن، ماده ی تاریک از نوع جدیدی از ذرات ساخته شده است و این بین نظریه هایی وجود دارد اما هرگز در عمل آشکار نشده است. این نوع جدید از ذرات با نام WIMP شناخته می شوند که به مفهوم ذرات سنگین با برهم کنش ضعیف است.

آن گرین (Anne Green) از دانشگاه ناتینگهام در انگلستان در این باره می گوید:

WIMPها در هر سوی جهان ضعیف هستند. در وهله ی اول، آنها به سختی با یکدیگر برهم کنش دارند؛ از این رو با مواد طبیعی هم کلا برهم کنشی ندارند. هنگامی که شما با دست خود به یک دیوار ضربه وارد می کنید، دستتان با دیوار تصادم می کند. اما زمانی که یک WIMP با دیوار یا با ذره ی هم نوع خودش برخورد کند، معمولا به طور مستقیم از میان آن عبور خواهد کرد.
بخش دوم از این عبارت مخفف به خودی خود بیانگر ویژگی های آن است. WIMPها دارای مقدار جرم زیادی هستند، اگرچه آنها لزوما بزرگ نیستند. به گفته ی گرین آنها می توانند صدها یا هزاران برابر بیشتر از یک پروتون وزن داشته باشند.

به گفته ی مسی اصطلاحWIMP فقط یک عبارت فریبنده است و می تواند بسیاری از انواع مختلف ذرات را شامل شود. نکته ی بدتر که وجود دارد این است که چون این ذرات شبح مانند هستند، تشخیص آنها بسیار دشوار است. در این مرحله شما ممکن است.

رازهایی از جهان هستی -  قسمت اول

رازهایی از جهان هستی -  قسمت دوم

رازهایی از جهان هستی -  قسمت سوم

رازهایی از جهان هستی -  قسمت چهارم