ماده تاریک چیست؟

ماده تاریک بیش از ۸۰ درصد از کل ماده در جهان را تشکیل می‌دهد ولی دانشمندان هرگز آن را ندیده‌اند. در واقع، ما فقط وجود ماده تاریک را فرض می‌کنیم، زیرا بدون آن رفتار ستاره‌ها، سیاره‌ها و کهکشان‌ها را نمی‌توانیم توضیح دهیم. دو چیزی که به‌ طور قطعی درباره ماده تاریک می دانیم این است که نیروی گرانش اعمال می‌کند و در مقایسه با نور با سرعت کمتری حرکت می‌کند. تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید تا با هر چیزی که درباره ماده تاریک می‌دانیم یا بهتر است بگوییم، آن‌ چه را که فکر می‌کنیم می‌دانیم، آشنا شوید.

ماده تاریک چیست و چرا نامرئی است؟

ماده تاریک کاملا نامرئی است. این ماده هیچ نور یا انرژی از خود ساطع نمی‌کند و بنابراین حسگرها و ردیاب‌های معمولی نمی‌توانند آن را شناسایی کنند. دانشمندان معتقدند که کلید ماهیت گریزان ماده تاریک احتمالا در ترکیب آن نهفته است.

ماده مرئی که به آن ماده باریونی نیز می‌گویند، از ذره‌های بنیادی اتم مانند پروتون، نوترون و الکترون تشکیل شده است. درباره این ماده، دانشمندان فقط حدس می‌زنند که از چه چیزی ساخته شده است. شاید ماده تاریک از باریون‌ها تشکیل شده باشد یا غیرباریونی باشد.

بیشتر دانشمندان معتقدند که ماده تاریک غیرباریونی بوده و از WIMPS (ذره‌های عظیم با برهمکنش ضعیف) تشکیل شده است. فرض بر این است که WIMPS جرمی ده تا صد برابر یک پروتون دارد ولی برهمکنش ضعیف آن با ماده عادی باعث می‌شود به‌ راحتی قابل تشخیص نباشد.

نوترینوهای عقیم یک گزینه دیگر هستند. نوترینوها ذره‌هایی هستند که ماده معمولی را به‌وجود نمی‌آورند. جریان زیادی از نوترینوها از خورشید جاری می‌شود ولی از آن‌جایی که به‌ندرت با ماده عادی برهم‌کنش دارند، از زمین عبور می‌کنند.

  

آیا ماده تاریک واقعا وجود دارد؟

جواب قطعی برای این سوال وجود ندارد. آنچه می‌دانیم این است که اگر به یک کهکشان معمولی نگاه کنیم، تمام چیزهایی را که می‌بینیم در نظر بگیریم و از قوانین نسبیت عام نیوتن برای توصیف حرکت آن‌ها استفاده کنیم، به پاسخ اشتباه می‌رسیم.

اجرامی که در کهکشان وجود دارند خیلی سریع حرکت می‌کنند. بنابراین نباید گرانش کافی وجود داشته باشد که آن‌ها را از پرواز به خارج از کهکشانی که در آن هستند، باز دارد. همین مساله درباره کهکشان‌هایی که پیرامون خوشه‌ها حرکت می‌کنند، صدق می‌کند.

برای اثبات وجود ماده تاریک دو توضیح وجود دارد:

• ماده‌ای وجود دارد که با تلسکوپ قابل دیدن نیست و این همان ماده تاریک است.
• قوانین نیوتن و حتی عدد گراشف در مقیاس کهکشان‌ها و هر چیز بزرگ‌تر اشتباه هستند.

بیشتر کیهان‌شناسان معتقدند که رفتار کهکشان‌ها را می‌توان توسط ماده تاریک توضیح داد، زیرا نوشتن یک نظریه موفق دینامیک نیوتونی اصلاح‌شده یا گرانش اصلاح‌شده بسیار دشوار است.

همچنین دلیل دیگر وجود ماده نامرئی تا حدودی این است که وقتی با تلسکوپ‌ به تشعشع‌های پس‌زمینه کیهانی (CMB)، یعنی نور کیهان اولیه نگاه می‌کنیم، بر اساس نظریه گرانش، به همان مقدار و نوع ماده نامرئی نیز نیاز داریم تا رفتار امواج صوتی را که در جهان با قدمت کمتر از ۵۰۰ هزار سال حرکت می‌کردند و قادر به دیدن آثار آن‌ها هستیم، توضیح دهیم.

منشا ماده تاریک چیست؟

ظاهرا این ماده در سراسر کیهان به شکل یک شبکه پراکنده شده است و خوشه‌های کهکشانی در گره‌هایی که محل تقاطع رشته‌ها هستند، شکل می‌گیرند. با توجه به اینکه گرانش در داخل و همچنین خارج از منظومه شمسی ما یکسان عمل می‌کند، محققان شواهد بیشتری برای وجود این ماده ارائه می‌کنند. با این‌ حال، سوال این است که ماده تاریک از کجا می‌آید؟ پاسخ واضح این است که نمی‌دانیم ولی چند نظریه در این مورد وجود دارد.

یک نظریه این است که ماده نامرئی ممکن است در سیاهچاله‌ها متمرکز باشد، دروازه‌های قدرتمندی که به ‌دلیل نیروی شدید گرانش، همه چیز را در مجاورت خود می‌بلعد. به این ترتیب، ماده تاریک همراه با سایر عناصر تشکیل‌دهنده جهان در بیگ بنگ ایجاد شده است.

بقایای ستاره‌ای مانند کوتوله‌های سفید و ستاره‌های نوترونی نیز حاوی مقادیر بالایی از ماده نامرئی هستند. این ماده در کوتوله‌های قهوه‌ای، ستاره‌های شکست‌خورده‌ای که مواد کافی برای شروع همجوشی هسته‌ای در هسته‌های خود نداشته‌اند نیز وجود دارد.

برای اطلاع از مقاله ستاره‌ها چگونه متولد می‌شوند و می‌میرند؟ روی لینک کلیک کنید.

چرا فکر می‌کنیم که ماده تاریک وجود دارد؟

اگر نمی‌توانیم ماده نامرئی را ببینیم، چگونه متوجه وجود آن می‌شویم؟ پاسخ این سوال گرانش است. در دهه ۱۹۲۰، اخترشناسان این فرضیه را مطرح کردند که جهان بیش از آنچه که ما می‌توانیم ببینیم حاوی ماده است. زیرا نیروهای گرانشی که در جهان وجود دارند، قوی‌تر از چیزی هستند که ماده مرئی به‌ت نهایی آن را به‌ وجود آورده باشد.

در دهه ۱۹۷۰، اخترشناسانی که کهکشان‌های مارپیچ را بررسی کردند انتظار داشتند که مواد موجود در مرکز آن‌ها سریع‌تر از لبه‌های حرکت کنند. آن‌ها در عوض متوجه شدند که ستاره‌ها در هر دو نقطه با سرعت یکسانی حرکت می‌کنند که نشان می‌دهد جرم کهکشان‌ها بیشتری چیزی است که می‌توان دید.

مطالعه گاز در کهکشان‌های بیضوی نیز نیاز به وجود جرم بیشتر نسبت به اجرام مرئی را نشان می‌دهد. اگر تنها جرمی که در خوشه‌های کهکشانی وجود داشت، جرم قابل‌ مشاهده با اندازه‌گیری‌های نجومی معمولی بود، این خوشه‌ها از هم دور می‌شدند.

نیروی گرانش نه تنها بر مدار ستاره‌ها در کهکشان‌ها، بلکه بر مسیر نور تاثیر می‌گذارد. فیزیکدان مشهور، آلبرت انیشتین، در اوایل قرن بیستم نشان داد که اجرام عظیم در جهان به‌ دلیل نیروی گرانش خود نور را خم و منحرف می‌کنند. این پدیده با نام عدسی گرانشی شناخته می‌شود. ستاره‌شناسان با مطالعه نحوه تحریف نور توسط خوشه‌های کهکشانی توانسته‌اند نقشه‌ای از ماده تاریک در کیهان ترسیم کنند.

دانشمندان چگونه ماده تاریک را مطالعه می‌کنند؟

اگر نمی‌توانیم ماده نامرئی را ببینیم، آیا واقعا می‌توانیم آن را مطالعه کنیم؟ دو رویکرد برای یادگیری بیشتر درباره این ماده مرموز وجود دارد. در روش اول، ستاره‌شناسان با مشاهده خوشه‌بندی مواد و حرکت اجرام در جهان، توزیع ماده تاریک در جهان را مطالعه می‌کنند. در روش دوم، فیزیکدانان ذره تلاش می‌کنند ذره‌های بنیادی سازنده ماده نامرئی را شناسایی کنند.

ماموریت انرژی تاریک اقلیدس آژانس فضایی اروپا در یکم ژانویه ۲۰۲۳ به فضا رفت و در حال حاضر در جستجوی ماده تاریک و انرژی تاریک است. هدف این ماموریت ترسیم هندسه ماده در جهان، به‌ ویژه توزیع کهکشان‌ها برای کسب اطلاعات بیشتر درباره ماده تاریک گریزان است.

  

نتیجه

جستجوی ماده نامرئی همچنان ادامه دارد و دانشمندان به دنبال کشف این ماده هستند. ماده نامرئی را نمی توان با تلسکوپ دید ولی دیگر اجرام آسمانی را می توانیم با خرید تلسکوپ ببینیم. خرید تلسکوپ در سایت موسسه طبیعت آسمان شب به راحتی و با ایمنی کامل انجام می شود.

برای دانلود مقاله ماده تاریک چیست؟ روی لینک کلیک کنید.

منبع: سایت موسسه طبیعت آسمان شب و ماده تاریک چیست؟

گسترش جستجو برای ماده تاریک و انرژی تاریک

شکار ماده تاریک و انرژی تاریک در جهان در حال گسترش است. گرانش ماده تاریک گاز و غبار را در ستارگان و کهکشان ها کنار هم نگه می دارد در حالی که انرژی تاریک کهکشان ها را از یکدیگر دور می کند. دانشمندان با هم فکر می‌کنند که 95 درصد جهان ما را تشکیل می‌دهند، اما اینکه دقیقاً چه هستند، هنوز مشخص نیست.

✅ ماده تاریک چیست؟

ماده تاریک نوعی ماده است که نظریه و فرضیه وجود آن در کیهان شناسی و اختر شناسی بوجود آمده تا  اتفاقات شگفت انگیز را تشریح کند. این ماده از میزان خاصی از جرم بوجود می آید که از جرمی که تا کنون مشاهده شده بیشتر است. ماده تاریک را نمی توان به طور مستقیم از طریق تلسکوپ مشاهده کرد. ماده تاریک به این دلیل تاریک نامیده می شود که هیچ کنشی با میدان مغناطیسی ندارد.

✅ انرژی تاریک چیست؟

در علم کیهان شناسی انرژی تاریک ماده است که به طور فرضی کلیه فضا را در برگرفته است. همین امر نیز باعث می شود تا سرعت انبساط افزایش پیدا کند. طبق بررسی هایی که توسط دانشمندان صورت گرفته انرژی تاریک نزدیک ترین نظریه برای توضیح مشاهدات اخیر است. در این مشاهدات گفته می شود که جهان با سرعت رو به افزایشی انبساط می شود.

✅ تفاوت انرژی تاریک و ماده تاریک

انرژی تاریک تاثیری به خصوصی بر روی کیهان دارد. این تاثیر باعث می شود که کیهان انبساط داشته باشد و سرعت این انبساط را نیز افزایش می دهد. تفاوت ماده تاریک و انرژی تاریک بدین صورت عنوان شده که  ماده تاریک بیشتر جرم کهکشان ها و خوشه های کهکشانی را تشکیل می دهد و انرژیتاریک انبساط را در می گیرد.

جستجوی ماده تاریک و انرژی تاریک

✅ شکار ماده تاریک و انرژی تاریک

در طول دهه‌ها، چند ماده تاریک از فهرست حذف شده‌اند (این هیچ یک از ذرات بنیادی شناخته شده نیست) و دانشمندان کهکشان‌ها و مکان‌های جدیدی را برای جستجوی سرنخ‌هایی در مورد انرژی تاریک و ماده تاریک کشف کرده‌اند.جوزف پسس، مدیر برنامه در بنیاد ملی علوم به Axios می گوید: «مشاهدات غیرمستقیم ماده تاریک همچنان در حال رشد هستند. ما به هر طرف که نگاه می کنیم ماده تاریک را می بینیم و به نظر می رسد که از ماده پیروی می کند.

 

برای اطلاع از مقاله منشا مرموز بزرگترین سیاهچاله های جهان بر روی لینک کلیک کنید.

✅ شناسایی ماده تاریک و انرژی تاریک

اکنون، نسل بعدی ابزارها برای شناسایی شواهدی از ماده تاریک و انرژی تاریک در حال آمدن آنلاین هستند و تلسکوپ‌های فضایی دقیق‌تر و رصدخانه‌های زمینی جدید را به شکار اضافه می‌کنند. تیموتی تایت، می‌گوید: «ما شدیداً به داده‌هایی نیاز داریم که به ما بگویند چگونه نظریه‌های خود را بسازیم و آنها را اصلاح کنیم، و ما بگوییم که کدام یک درست است، کدام یک شانس درستی دارند و کدام یک اشتباه است.» فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا، ایروین.

ماده تاریک و انرژی تاریک

✅ جمع آوری داده ها از کهکشان ها

محرک اخبار: تلسکوپ فضایی اقلیدس آژانس فضایی اروپا قرار است در تاریخ 1 ژوئیه از کیپ کاناورال با موشک فالکون 9 اسپیس ایکس پرتاب شود. (این تلسکوپ در ابتدا قرار بود با موشک سایوز روسی پرواز کند، اما ESA پس از حمله روسیه به اوکراین این تغییر را انجام داد.) بیش از یک سوم از آسمان را بررسی می کند - جمع آوری داده ها از 1 میلیارد کهکشان که تا زمانی که کیهان تنها 3.8 میلیارد سال قدمت داشت، وجود داشتند.

گرانش ماده تاریک هنوز بر جهان حاکم بود و انبساط آن را تا حدود 7 میلیارد سال پیش کاهش داد، زمانی که نفوذ انرژی تاریک بیشتر شد و جهان با سرعت بیشتری شروع به انبساط کرد. اثرات آن را می توان در تشعشعات باقی مانده از بیگ بنگ و اینکه کهکشان ها با چه سرعتی به فضا در طول زمان فرو می روند، مشاهده می شود. اقلیدس تصاویری از کهکشان ها و سایر اجرام را در طول این انتقال می گیرد که دانشمندان امیدوارند سرنخ های جدیدی به دست آورند.

تصاویر اقلیدس

تصاویر جمع آوری شده توسط اقلیدس برای تعیین اندازه کیهان در مقاطع مختلف زمانی استفاده می شود. نور کهکشان‌ها می‌تواند توسط توده‌ های ماده تاریک هنگام حرکت در سراسر جهان منحرف شود. از این داده ها، دانشمندان می توانند نقشه ای از ماده تاریک در جهان در زمان های مختلف ایجاد کنند. این اعوجاج همچنین می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا تعیین کنند که آیا ماده تاریک از ذرات سنگین یا سبک تشکیل شده است - اطلاعاتی که می‌تواند به بهبود جستجوی نامزدهای ماده تاریک در شتاب‌دهنده‌های ذرات روی زمین کمک کند. داده‌های حاصل از تصاویر اقلیدس همچنین برای بررسی چگونگی تغییر فواصل بین خوشه‌های کهکشانی در طول تاریخ کیهان استفاده خواهد شد، زیرا آنها تحت تأثیر انرژی تاریک قرار گرفتند.

لئونیداس موستاکاس، کیهان‌شناس رصدی در آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا که عضو تیم علمی اقلیدس است، می‌گوید: «چشم‌انداز زیربنایی بزرگی جهان و سرعت رشد آن، و گرانشی که ساختارها را به هم می‌کشد، با یکدیگر تعامل دارند. . اگر بتوانید میزان ساختار را در زمان‌های مختلف اندازه‌گیری کنید، می‌توانید آن را به اندازه جهان متصل کنید.بین خطوط: در نهایت پاسخ‌های مربوط به انرژی تاریک تعیین می‌کند که آیا شتاب جهان را می‌توان با یک اصلاح ریاضی نظریه گرانش انیشتین که به عنوان ثابت کیهانی شناخته می‌شود، یک نیروی کاملاً جدید یا اصلاح نظریه‌های گرانش توضیح داد.

تلسکوپ فضایی نانسی

تلسکوپ فضایی نانسی گریس روم

ناسا در حال برنامه ریزی برای پرتاب تلسکوپ فضایی نانسی گریس روم در سال 2027 است که همچنین شتاب کیهانی را با استفاده از برخی از روش های مشابه اقلیدس مطالعه خواهد کرد. این منطقه کوچکتر از آسمان - که با اقلیدس همپوشانی دارد - اما با دقت بیشتری بررسی می کند. رصدخانه زمینی ورا روبین که انتظار می‌رود در سال آینده فعالیت خود را آغاز کند، همچنین ماهیت ماده تاریک را با برداشتن نور اعوجاج گسیل شده از اجسام دور و تابیده شده توسط اجسام دیگر نزدیک‌تر بررسی خواهد کرد تا ببیند چقدر ماده تاریک است.

نتیجه

گرانش نامرئی بر جهان ما تأثیر می گذارد. ما بسیار خوش شانس هستیم که در این عصر کیهانی زندگی می کنیم. او می‌گوید که در گذشته در جهان، انرژی تاریک آنقدر تأثیر کوچکی خواهد داشت که اثرات آن قابل اندازه‌گیری نیست. و اگر در آینده دورتر زندگی می کردیم، انرژی تاریک بر همه چیز مسلط می شد. ما در میانه یک فشار و کشش کیهانی نسبتاً متعادل بین انرژی تاریک و ماده تاریک هستیم.

تایت می‌گوید که این به دانشمندان این فرصت را می‌دهد که هر دو را اندازه‌گیری کنند، اما همچنین بررسی کنند که آیا آنها ممکن است برهم‌کنش داشته باشند و آیا یکی ویژگی‌های دیگری را تعیین می‌کند یا خیر. "اگر این درست است، پس فقط در زمانی مانند اکنون است که می توانید مقادیر مشابهی از هر دوی آنها را ببینید، می توانید آن پویایی ها را ببینید و در واقع آن قطعه مهم پازل را درک کنید."

 

برای دانلود مقاله گسترش جستجو برای ماده تاریک و انرژی تاریک روی لینک کلیک کنید

 منبع: سایت موسسه طبیعت آسمان شب و گسترش جستجو برای ماده تاریک و انرژی تاریک