ماده تاریک چیست؟

تقریبا ۸۰ درصد از جرم جهان از موادی تشکیل شده که دانشمندان نمی‌توانند به طور مستقیم مشاهده کنند. این مواد با نام ماده تاریک شناخته می‌شوند، عنصر عجیب و غریب که نور و انرژی منتشر نمی‌کند.

به گزارش علم اینسایدر و به نقل از Space، مطالعات سایر کهکشانها در دهه ۱۹۵۰ نشان داد که جهان بزرگ‌تر از آن است که توسط چشم غیر مسلح دیده شود. اگر چه هیچ مدرک مستقیمی از ماده تاریک تشخیص داده نشده است ولی احتمالات وجود آن در سال‌های اخیر بسیار قوی بوده است.

پیتر ون داکوم (Pieter van Dokkum) محقق دانشگاه ییل می‌گوید: حرکت ستاره‌ها نشان می‌دهد که چقدر ماده در آنها وجود دارد. برای آنها اهمیتی ندارد که چه نوع ماده‌ای در آنها وجود دارد، آنها فقط می‌گویند که در آنها ماده وجود دارد. مطالعات یک تیم به رهبری ون داکوم برروی کهکشان دراگون فلای ۴۴ (Dragonfly 44) نشان داد که این کهکشان تقریبا به طور کامل از ماده تاریک تشکیل شده است.

ماده تاریک از چه چیزی تشکیل شده است

ماده مشابه ماده تاریک، ماده باریونی (baryonic) نام دارد که از پروتون، نوترون و الکترون تشکیل شده است. ماده تاریک ممکن است از ماده باریونی یا غیرباریونی ساخته شده باشد. برای نگه داشتن عناصر جهان در کنار هم، ماده تاریک باید حدود ۸۰ درصد از ماده را تشکیل دهد.

کشف اینکه آیا این ماده گم شده از ماده باریونی تشکیل شده می‌تواند بسیار چالش برانگیز باشد. ستارههای کوتوله کم نور، کوتولههای سفید و ستارههای نوترونی پتانسیل ماده تاریک را دارند، سیاهچالههای کلان جرم نیز می‌توانند بخش متفاوتی از آن باشند. 

بسیاری از دانشمندان بر این باورند که ماده تاریک از مواد غیرباریونی تشکیل شده است. کاندید اصلی این ماده WIMP  (ذرات بزرگ با برهم کنش ضعیف) است که جرم آن ده تا صد برابر جرم پروتون هستند، اما تعامل ضعیف آنها با ماده طبیعی تشخیص آنها را با مشکل مواجه میکند. نوترالینوها (Neutralinos) ذرات فرضی بزرگ، سنگینتر و کندتر از نوترینوها هستند که از کاندیداهای اصلی تشکیل دهنده ماده تاریک بحساب می‌آیند اگرچه هنوز کشف نشده‌اند.

دو فرضیه در مورد ذرات مادهٔ تاریک غیرباریونی وجود دارد که عبارتند از ذرات فرضی مانند آکسیون‌ها یا ذرات ابرتقارنی. نوترینوها به دلیل محدودیت‌های ناشی از ساختار بزرگ مقیاس و کهکشان‌های با انتقال به سرخ بالا، تنها می‌توانند بخش کوچکی از مادهٔ تاریک را تشکیل دهند.

بر خلاف مادهٔ تاریک باریونی، مادهٔ تاریک غیرباریونی نقشی در شکل‌گیری عناصر شیمیایی در جهان اولیه نداشته‌ است به همین دلیل وجود آن تنها از طریق جاذبه گرانشی‌ استنباط می‌گردد. علاوه بر این، اگر ذرات تشکیل دهنده‌ ابرتقارنی باشند، این امکان وجود دارد که یکدیگر را نابود کنند و این نابودسازی احتمالاً به بروز عوارض قابل مشاهده‌ای همچون پرتو گاما و نوترینوها می‌انجامد.

مادهٔ تاریک غیرباریونی بر پایه جرم ذرات فرضی تشکیل دهنده‌اش یا پراکندگی سرعت این ذرات طبقه‌بندی می‌شود. سه فرضیه برجسته در مورد مادهٔ تاریک غیرباریونی به نام‌های مادهٔ تاریک سرد (CDM)، مادهٔ تاریک گرم (WDM) و مادهٔ تاریک داغ (HDM) وجود دارند، برخی از حالات ترکیبی از حالت‌های فوق نیز امکانپذیر هستند. مدل مادهٔ تاریک غیرباریونی که بیش از همه مورد بحث و بررسی گسترده قرار گرفته، بر پایه فرضیه مادهٔ تاریک سرد بنا شده‌ است و بنابر پندار عمومی ذره متناظر با آن یک ذره سنگین با برهم‌کنش ضعیف (WIMP) است.

مادهٔ تاریک داغ ممکن است شامل نوترینوهای سنگین باشد اما مشاهدات دلالت بر آن دارند که تنها کسر کوچکی از مادهٔ تاریک ممکن است داغ باشد. مادهٔ تاریک سرد منجر به شکل‌گیری پایین به بالای ساختار در جهان می‌شود، در حالیکه مادهٔ تاریک داغ منجر به تشکیل ساختار بالا به پایین در جهان می‌شود. از اواخر دهه ۱۹۹۰ مادهٔ تاریک داغ توسط مشاهدات انتقال به سرخ بالای کهکشان‌ها مانند میدان فراژرف هابل، مردود شده‌ است.

بیشتر بخوانید: جهان تاریک چیست؟

ماده تاریک چه زمانی کشف شد؟

تولد فرضیه ماده تاریک عمر زیادی ندارد. در واقع در دهه چهارم قرن ۱۹میلادی بود که زمزمه‌های وجود این ماده توسط فریتس زوئیکی (Fritz Zwicky) مطرح شد. زوئیکی هیچ ذهنیتی نسبت به ماده تاریک نداشت اما معتقد بود که در مطالعات کهکشانی خود، برخی کهکشان‌ها فاقد ماده مرئی لازم جهت حفظ ثبات کهکشان مذکور بوده‌اند. او اظهار داشت معمایی ناشناخته در کهکشان‌ها وجود دارد که در گستره بینایی ما جای ندارد، این معما می‌تواند عاملی برای ثبات کهکشانی باشد.

نظریات زوئیکی جرقه‌ای را در ذهن دانشمندان و محققین عصر خود انداخت، برخی از آنان به صورت جدی به حل این معما پرداختند و مقالاتی هم در این زمینه منتشر کردند. تا اینکه در اواخر قرن ۱۹ میلادی با پیشرفت دوربین‌ها و تلسکوپ‌های نجومی تصاویر با کیفیت و جدیدی از فضا ثبت شد. این تصاویر نشان دهنده فضاهای خالی و سیاهی در دل کهکشان‌ها بودند. این فضاهای خالی می‌توانستد پاسخ همان معمای مرموز مطرح شده توسط زوئیکی باشند.

ماهیت ماده تاریک هنوز کشف نشده و ذهن بشر کماکان در پی یافتن پاسخی مناسب و قانع کننده است. قطعا کشف معمای ماده‌ای که بیش از ۸۰ درصد این جهان پهناور را در هم گرفته مساله‌ای مهم برای کیهان شناسان است تا بدین وسیله بتوانند گذشته، حال و آینده را حدس بزند.

 

بیشتر بخوانید: دانشمندان ماده تاریک گم شده از جهان اولیه را پیدا کردند

مطالب مشابه

ارسال نظر

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.