افشای توزیع ماده تاریک در اوایل زندگی کیهان برای اولین بار

دانشمندان توانسته اند ماده تاریک را در اطراف کهکشان هایی که حدود 12 میلیارد سال وجود داشته اند، شناسایی کنند. این کشف قدیمی ترین مکاشفه در مورد ماده اسرارآمیز حاکم بر جهان است.

آخرین یافته ها که با همکاری محققان دانشگاه ناگویا در ژاپن به دست آمده است، نشان می دهد که ماده تاریک در جهان اولیه چگالی کمتری نسبت به پیش بینی بسیاری از مدل های کیهان شناسی کنونی داشته است. اگر تحقیقات بیشتر در آینده نیز این نظریه را تأیید کند، این امکان برای دانشمندان وجود خواهد داشت که درک دانشمندان از چگونگی رشد کهکشان‌ها تغییر کند و بیشتر ثابت شود که قوانین اساسی حاکم بر جهان ممکن است در زمان‌های دور وجود داشته باشد، زمانی که تنها 1.7 میلیارد سال وجود داشته است. در زندگی جهان، ممکن است با قوانین فعلی حاکم بر جهان تفاوت هایی وجود داشته باشد.

کلید نقشه برداری ماده تاریک در جهان بسیار اولیه، پس زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) است. نوعی از تشعشعات فسیل شده به جا مانده از انفجار بزرگ که در سراسر جهان پراکنده شده است. ماسامی اوچیاستاد دانشگاه توکیو در بیانیه ای توضیح می دهد:

ماده تاریک را در اطراف کهکشان های دور می بینید؟ چنین ایده ای دیوانه کننده بود. هیچکس [پیش‌تر] من نمی دانستم که ما می توانیم این کار را انجام دهیم. اما بعد از اینکه در مورد یک نمونه از یک کهکشان بزرگ و دور صحبت کردم، هیرونائو نزد من آمد و پیشنهاد کرد که ممکن است بتوان با استفاده از CMB به ماده تاریک اطراف این کهکشان ها نگاه کرد.

از آنجایی که نور برای سفر از اجرام دور به زمین زمان محدودی را می طلبد، اخترشناسان دیگر کهکشان ها را همانطور که در زمان خروج نور از آنها بودند، می بینند. هر چه کهکشان از ما دورتر باشد، نور بیشتر به ما می رسد و بنابراین ما به عنوان ناظر آنها را در زمان های دورتر می بینیم. با کنار هم گذاشتن این توضیحات، می‌توان نتیجه گرفت که دورترین کهکشان‌ها را مانند میلیاردها سال پیش می‌بینیم. این تخمین های زمانی ما را به زمانی می برد که جهان در مقایسه با عمر 14.5 میلیارد ساله اش مانند یک کودک نوپا بود.

مقاله مرتبط:

رصد ماده تاریک حتی پیچیده تر و جذاب تر می شود. ماده تاریک به عنوان یک ماده مرموز در نظر گرفته می شود که حدود 85 درصد از جرم کل جهان را تشکیل می دهد. برخلاف ماده معمولی که از پروتون ها و نوترون ها تشکیل شده است که ستارگان، سیارات و بدن ما را می سازند، ماده تاریک با نور برهم کنش ندارد. ماده تاریک با ماده معمولی تعامل ندارد.

  واتس اپ به زودی از آیفون با iOS 10 و iOS 11 پشتیبانی نخواهد کرد

کشف ماده تاریک از کیهان اولیه

اشاره کردیم که ماده تاریک با نور و ماده عادی برهمکنش ندارد. ممکن است بپرسید، پس این ماده با چه پدیده هایی که برای بشر شناخته شده است تعامل دارد؟ پاسخ این است که برای دیدن ماده تاریک، اخترشناسان باید بر تعامل آن با گرانش تکیه کنند.

طبق نظریه نسبیت انیشتین، اجرام با جرم بسیار زیاد باعث انحنای فضا-زمان می شوند. یک قیاس یا مثال رایج برای درک بهتر موضوع وجود دارد: ورقه ای از لاستیک الاستیک که توپ هایی با جرم فزاینده را در خود نگه می دارد. هر چه جرم بزرگتر باشد، فرورفتگی یا برآمدگی در ورق بزرگتر است. به همین ترتیب، هرچه جسم کیهانی بزرگتر باشد، اعوجاج فضا-زمان شدیدتر است.

اجرام پرجرم مانند کهکشان ها باعث می شوند فضا-زمان به قدری منحرف شود که نور ساطع شده از منابع پشت آن کهکشان ها منحنی شود. درست مثل زمانی که مسیر توپ روی یک تشک لاستیکی منحرف می شود. این اثر موقعیت منبع نور را در آسمان تغییر می دهد. پدیده ای به نام همگرایی گرانشی.

dark matter 1 جوان آی تی

برای مطالعه توزیع ماده تاریک در یک کهکشان، ستاره شناسان می توانند مشاهده کنند که چگونه نور ساطع شده از پشت کهکشان تغییر می کند و از “کهکشان عدسی دهنده” و کل پدیده همگرایی گرانشی عبور می کند. هر چه ماده تاریک کهکشان در نقش عدسی مورد مطالعه بیشتر باشد، اعوجاج نور عبوری از آن بیشتر خواهد بود. اما این تکنیک با وجود مفید بودن، محدودیت هایی دارد.

از آنجا که اولین و دورترین کهکشان ها بسیار تاریک هستند، در نتیجه، هر چقدر ستاره شناسان در زمان های دورتر به اعماق کیهان نگاه کنند، اثر همگرایی و نقش عدسی مانند کهکشان ها متعاقبا ضعیف تر و ضعیف تر می شود. دیدن آن دشوار می شود از سوی دیگر، دانشمندان هم به منابع پس زمینه کیهانی بزرگ و هم به تعداد زیادی کهکشان اولیه نیاز دارند. این معمولاً نقشه‌برداری توزیع ماده تاریک را در کهکشان‌هایی که حدود 8 تا 10 میلیارد سال سن دارند محدود می‌کند.

  کوالکام مودم Snapdragon X70 5G مجهز به پردازنده هوش مصنوعی را معرفی کرد.

تکیه صرف بر همگرایی گرانشی و انحراف نور دارای محدودیت هایی است

اما CMB منبع نور بسیار قدیمی‌تری از هر کهکشانی فراهم می‌کند. CMB یک تشعشع فراگیر است و زمانی ایجاد شد که جهان به اندازه کافی سرد شد تا اتم ها تشکیل شود و تعداد الکترون های آزاد پراکنده فوتون در چیزی که کیهان شناسان “آخرین پراکندگی” می نامند کاهش یافت. کاهش الکترون‌های آزاد به فوتون‌ها اجازه می‌دهد آزادانه حرکت کنند. این بدان معناست که جهان به طور ناگهانی از حالت مات خارج شده و در برابر نور به حالت شفاف (اجازه عبور نور از آن) در آمده است.

از سوی دیگر، CMB، مانند دیگر منابع نوری دوردست در کیهان، می تواند توسط کهکشان های حاوی ماده تاریک به دلیل پدیده همگرایی گرانشی منحرف شود.

یویچی هاریکان استادیار دانشگاه توکیو در بیانیه ای گفت:

اکثر محققان از کهکشان های اجدادی برای اندازه گیری توزیع ماده تاریک از امروز تا 8 میلیارد سال پیش استفاده می کنند. با این حال، ما توانستیم بیشتر به گذشته نگاه کنیم. زیرا ما از CMB دورتر برای اندازه گیری ماده تاریک استفاده کردیم.

این تیم تحریف‌های همسو شده نمونه بزرگی از کهکشان‌های باستانی را با آن‌هایی که با CMB برای شناسایی ماده تاریک زمانی که کیهان تنها 1.7 میلیارد سال سن داشت، مقایسه کرد. نکته اصلی این است که ماده تاریک باستانی کشف شده تصویر کیهانی بسیار متفاوتی را ترسیم می کند.

به گزارش طوفان:

برای اولین بار، ما ماده تاریک را تقریباً از اولین لحظات جهان اندازه گیری کردیم. 12 میلیارد سال پیش، همه چیز بسیار متفاوت بود. [در آن زمان] شما می بینید که کهکشان های بیشتری در حال شکل گیری هستند. اولین خوشه های کهکشانی نیز شروع به شکل گیری کرده اند.

این خوشه ها می توانند از 100 تا 1000 کهکشان تشکیل شده باشند که از نظر گرانشی توسط مقادیر زیادی ماده تاریک محدود شده اند.

آیا ماده تاریک جرم است؟

یکی از مهم‌ترین جنبه‌های یافته‌های این تیم این است که این احتمال را افزایش می‌دهد که ماده تاریک در کیهان اولیه نسبت به بسیاری از مدل‌های کنونی فشرده‌تر بوده است.

  Galaxy S22 FE ممکن است تغییرات اساسی در پردازنده خود داشته باشد

به عنوان مثال، مدلی به نام لامبدا CDM که در محافل علمی نیز پذیرفته شده است، پیشنهاد می‌کند که نوسانات کوچک در CMB باید منجر به ایجاد گرانش شود که سپس دسته‌های متراکمی از ماده ایجاد می‌کند. این نوسانات در نهایت باعث فروپاشی ماده و تشکیل کهکشان‌ها، ستاره‌ها و سیارات می‌شود و همچنین باید منجر به تشکیل حفره‌های متراکم ماده تاریک شود. طوفان گفت:

یافته های ما هنوز قطعی نیست. اما اگر درست باشد، می‌تواند به معنای نقص در تمام مدل‌های فعلی باشد، زیرا ما در زمان به عقب‌تر می‌رویم و به سال‌های اولیه کیهان نزدیک‌تر می‌شویم. این هیجان انگیز است؛ زیرا اگر نتیجه اخیر حتی پس از کاهش عدم قطعیت برقرار باشد، می‌تواند بهبودی را نسبت به مدل‌های قبلی نشان دهد و شاید تصور بهتری از ماهیت خود ماده تاریک به ما بدهد.

مقاله مرتبط:

تیم تحقیقاتی به جمع آوری داده ها ادامه خواهد داد. آنها می خواهند ارزیابی کنند که آیا مدل CDM لامبدا با مشاهدات ماده تاریک در جهان اولیه سازگار است یا خیر. یا اینطور نیست، و مفروضات پشت این مدل نیاز به بررسی مجدد دارند.

داده‌هایی که تیم برای رسیدن به آخرین یافته‌ها استفاده کرد، از نظرسنجی سوبارو Hyper Suprime-Cam به دست آمد. سوبارو هایپر داده های یک تلسکوپ واقع در هاوایی را تجزیه و تحلیل می کند. اما تاکنون محققان تنها از یک سوم این داده ها استفاده کرده اند. به عبارت دیگر، می توان نتیجه گرفت که با اضافه شدن مشاهدات باقی مانده، نقشه بهتری از توزیع ماده تاریک در دسترس خواهد بود.

تیم تحقیقاتی همچنین مشتاقانه منتظر داده‌های حاصل از بررسی میراث مکان و زمان رصدخانه Vera C. Rubin (LSST) است. داده هایی که ممکن است امکان مشاهده و مطالعه ماده تاریک را حتی در زمان های دورتر از آخرین زمان ثبت شده فراهم کند.

طوفان در پایان توضیح می دهد:

LSST به ما اجازه می دهد تا نیمی از آسمان را مشاهده کنیم. من دلیلی نمی بینم که چرا ما نمی توانیم توزیع ماده تاریک را در 13 میلیارد سال پیش ببینیم.

دیدگاهتان را بنویسید