ماده تاریکماده تاریک چیست؟
ماده تاریک (Dark matter) نوعی ماده مرموز است که حدود ۸۵ درصد از ماده کل جهان را تشکیل می دهد. ماده تاریک با نور مرئی یا هیچ نوع تابش الکترومغناطیسی دیگر برهمکنش نمی کند، بنابراین مستقیماً قابل مشاهده نیست. با این حال، دانشمندان می توانند وجود ماده تاریک را از اثرات گرانشی آن بر ماده درخشان استنباط کنند.
ماده تاریک از جنس ماده است و گرانش آن به صورت جاذبه است. بر خلاف انرژی تاریک که (احتمالا) از جنس انرژی است و کارش دافعه و انبساط فضا است.
خصوصیات ماده تاریک
ترکیب ماده تاریک
از آنجایی که ماده تاریک قابل رؤیت نیست، دانشمندان هنوز نمی‌توانند با اطمینان کامل درباره ترکیب دقیق آن صحبت کنند. اما بر اساس مطالعات و مشاهدات، تخمین زده می‌شود که ماده تاریک بیشتر از ۸۵ درصد جرم کل جهان را تشکیل می‌دهد. این به این معنی است که تنها حدود ۱۵ درصد جهان از ماده قابل رؤیت تشکیل شده است. این ماده بی‌رنگ، بومی و ساختاری بسیار ساده دارد که تاکنون نتوانسته‌ایم آن را به صورت مستقیم مشاهده کنیم.
تأثیر ماده تاریک بر جهان
ماده تاریک نه تنها بر روی سیستم‌های سیاره‌ای و کهکشانی تأثیر می‌گذارد، بلکه بر روی جهان به طور کلی نیز اثرات قابل توجهی دارد. این ماده باعث افزایش سرعت گسترش جهان می‌شود و تأثیرات قابل مشاهده‌ای در فرآیند تشکیل ستارگان و کهکشان ها دارد. همچنین، ماده تاریک می‌تواند عاملی مهم در شکلگیری ساختارهای بزرگ مانند متمرکزشدن کهکشان و خوشه‌های گرانشی باشد. این تأثیرات نشان می‌دهد که ماده تاریک نقش بسیار مهمی در تکامل و شکلگیری جهان دارد.
تاثیر ماده تاریک بر جهانچرا ماده تاریک مهم است؟
وجود ماده تاریک برای درک ساختار و تکامل جهان ضروری است. بدون ماده تاریک، کهکشان ها قادر به حفظ شکل خود نبودند و ستارگان هرگز شکل نمی گرفتند. ماده تاریک همچنین ممکن است نقشی در تشکیل اولین سیاهچاله ها داشته باشد.
به طورکلی ماده تاریک نقش مهمی در شکلگیری ساختارهای کیهانی ایفا می کند. در ابتدای شکلگیری کیهان که ساختارهایی مانند کهکشان و خوشه های کهکشانی شکل می گرفتند بدون حضور ماده تاریک، ماده باریونی نمی توانست این ساختارهای غول آسا را شکل دهد. درحقیقت ماده تاریک همان پتانسیل پس زمینه ای است که ماده معمولی را متجمع کرد.
ماده تاریک مانند یک چسب قوی کیهان و تمام ساختارهای شبکه ای پیچیده را در هم تنید و کنار هم نگه داشت تا مانع از متلاشی یا پرت شدن هر کدام از قسمت های اجزای این کهشکان در فضا شود. درحقیقت بدون فرض ماده تاریک نمی توان تشکیل کهکشان‌ها و در مدار ماندن ستاره‌ها در کهکشان و در نتیجه تشکیل سیارات و سامانه‌های خورشیدی و سیاره زمین و پیدایش حیاتِ ما را توضیح داد. ستاره ها در کهکشان فرار می کردند و در مسیرهای نامعینی در فضا پراکنده می شدند. اگر ماده تاریک وجود نداشت نظم کیهانی نیز از بین می رفت.
چگونه می دانیم که ماده تاریک وجود دارد؟
دانشمندان از چندین روش برای استنباط وجود ماده تاریک استفاده می کنند، از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
حرکت کهکشان ها:
حرکت کهکشان ها در خوشه های کهکشانی نشان می دهد که جرم بیشتری نسبت به جرم قابل مشاهده در خوشه وجود دارد. این جرم اضافی به احتمال زیاد ماده تاریک است.
عدسی گرانشی:
عدسی گرانشی زمانی رخ می دهد که نور از یک جسم درخشان توسط گرانش یک جرم بزرگ خم می شود. دانشمندان از عدسی گرانشی برای تخمین جرم اجرام بزرگ، از جمله کهکشان ها و خوشه های کهکشانی، استفاده می کنند. این تخمین ها اغلب نشان می دهد که جرم واقعی این اجرام بسیار بیشتر از جرم قابل مشاهده آنهاست، که نشان دهنده وجود ماده تاریک است.
تابش زمینه کیهانی:
تابش زمینه کیهانی یک پرتو ضعیف از نور مایکروویو است که در سراسر جهان وجود دارد. دانشمندان معتقدند که این پرتو پس از انفجار بزرگ ایجاد شده است. توزیع تابش زمینه کیهانی با توزیع ماده تاریک در جهان مطابقت دارد.
عدسی گرانشی از تاثیرات ماده تاریکنظریه های مختلف در مورد ماده تاریک
چندین نظریه مختلف در مورد ماهیت ماده تاریک وجود دارد، اما هیچ نظریه واحدی وجود ندارد که به طور کامل تایید شده باشد. برخی از نظریه های محبوب عبارتند از:
WIMP ها:
WIMP ها ذرات فرضی هستند که به طور ضعیفی با ماده معمولی برهمکنش می کنند. آنها یکی از محبوب ترین کاندیداها برای ماده تاریک هستند.
آکسیون ها (Axions):
آکسیون ها ذرات فرضی دیگری هستند که به طور ضعیفی با ماده معمولی برهمکنش می کنند. آنها ممکن است کاندیدای دیگری برای ماده تاریک باشند. آکسیون ها ذرات بنیادی فرضی هستند که در اصل توسط نظریه پچی-کوین در سال ۱۹۷۷ برای حل مشکل CP قوی در کرومودینامیک کوانتومی (QCD) فرض شد. اگر اکسیون ها وجود داشته باشند و جرم کمی در یک محدوده خاص داشته باشند، به عنوان یک جزء احتمالی ماده تاریک سرد مورد توجه قرار می گیرند.
اجرام فشرده هاله ای (Massive Compact Halo Objects, MACHOs):
MACHOs اجرام بسیار فشرده مانند ستاره های مرده یا سیارات فراخورشیدی هستند. آنها می توانند برخی از اثرات گرانشی ماده تاریک را توضیح دهند.
سیاه چاله های نخستین به عنوان ماده تاریک:
از آنجایی که کشش گرانشی ماده مرئی را در جهان هستی نمی تواند حرکت ستارگان در کهکشان همچنین حرکت کهکشان در خوشه های مخصوص به خود را نشان دهد، نظریاتی در خصوص ماده تاریک و نقش آن در جرم گم شده مطرح می شود.
نظریه ای وجود دارد که عنوان می کند ماده تاریک از سیاه چاله های کوچکی شکل می گیرند و از مه بانگ برجای مانده هستند. این سیاه چاله ها بسیار متراکم بوده و جرمی هم اندازه با سیاره مشتری را دارند آنها یک‌میلیونم ثانیه پس از مه‌بانگ خلق شده‌اند و توانسته‌اند تاکنون جان سالم به در ببرند.
براساس این نظریه؛ نزدیک ترین سیاهچاله موجود در فاصله ۳۰ سال نوری از زمین قرار دارد پس هیچ خطری برای ما ندارد. براساس شواهد رصدی وجود سیاه‌چاله‌های فوق متراکمی که از مه‌بانگ باقی مانده‌اند، سوسوی نور اختروش‌ها است و هسته های فعال دارای نور بسیار زیاد در کهکشان جوان دور دست قرار دارند.
برخی از ستاره شناسان اعتقاد دارند هنگامی که این سیاهچاله‌ها به عنوان نامزدهای ماده تاریک از امتداد بین زمین و اختروش عبور می‌کنند، گرانش آن نور اختروش را تقویت می‌کند؛ اثری که با نام ریز عدسی‌شدگی گرانشی شناخته می‌شود.
نظریه سیاه چاله ای ماده تاریکآینده تحقیقات ماده تاریک
تحقیقات ماده تاریک یک زمینه فعال است و دانشمندان در سراسر جهان در حال تلاش برای درک ماهیت این ماده مرموز هستند. چندین آزمایش بزرگ در حال انجام است که ممکن است بتوانند وجود ماده تاریک را به طور قطعی تایید کنند.
اگرچه مطالعه ماده تاریک همچنان با چالش‌هایی روبرو است، اما در سال‌های اخیر پیشرفت‌های قابل توجهی در این زمینه رخ داده است. برخی از پیشرفت‌های مهم عبارتند از:
مشاهده‌های گرانشی دقیق‌تر:
با استفاده از تلسکوپ‌های پیشرفته و فناوری‌های جدید، مشاهدات گرانشی به دقت بیشتری انجام می‌شود. این مشاهدات اطلاعات قابل اعتماد‌تری درباره توزیع و خصوصیات ماده تاریک ارائه می‌دهند.
ساخت شبکه‌های کیهان‌شناسی:
با ساخت و راه‌اندازی شبکه‌های کیهان‌شناسی بزرگی مانند شبکه‌های تلسکوپی دیگر، داده‌های بیشتری از نواحی مختلف آسمان جمع‌آوری می‌شود. این شبکه‌ها امکان تحلیل داده‌های بزرگتر و بهتر را فراهم می‌کنند و ما را قادر می‌سازند تا به طور جامع‌تری مفهوم ماده تاریک را بررسی کنیم.
توسعه تکنولوژی‌های جدید:
توسعه تکنولوژی‌های جدید نیز به تقدم در مطالعه ماده تاریک کمک کرده است. از جمله این تکنولوژی‌ها می‌توان به تلسکوپ‌های جدید با قدرت جمع‌آوری داده بیشتر، بازسازی سه‌بعدی ساختار جهان، و تکنیک‌های پیشرفته در تحلیل داده‌ها اشاره کرد.
پیشرفت تحقیقات درباره ماده تاریکسخن پایانی درباره ماده تاریک
ماده تاریک یکی از مهم ترین اسرار کیهان است. با درک ماهیت این ماده، نه تنها می توانیم ساختار و تکامل جهان را بهتر درک کنیم بلکه ممکن است بسیاری از رازهای تاریخی که تا به حال از وجود آنها اطلاعی نداشته ایم نیز مشخص شوند.
گردآوری: بخش علمی سرپوش
- 16
- 5
