شناسایی یک کهکشان بدون ماده تاریک

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از اسپیس، دانشمندان دانشگاه ییل می‌گویند، یک کهکشان را با تقریبا هیچ ماده تاریکی کشف کرده‌اند.

ماده تاریک یک سطح گیج‌کننده از اخترفیزیک است، اما به طور کلی توافق شده است که ماده تاریک برای وجود کهکشان‌ها الزامی است.

این تئوری توسط آخرین کشف کهکشانی، یعنی کهکشان "NGC1052-DF2" که به نظر می‌رسد تقریبا بدون هیچ گونه شواهدی از ماده تاریک است، آزمایش می‌شود.

ماده تاریک(Dark Matter) نوعی از ماده است که فرضیه وجود آن در اخترشناسی و کیهان‌شناسی ارائه شده است تا پدیده‌هایی را توضیح دهد که به نظر می‌رسد ناشی از وجود میزان خاصی از جرم باشند که از جرم موجود مشاهده شده در جهان بیشتر است.

ماده تاریک به طور مستقیم با استفاده از تلسکوپ قابل مشاهده نیست، مشخصاً ماده تاریک نور یا سایر امواج الکترومغناطیسی را به میزان قابل توجهی جذب یا منتشر نمی‌کند. به بیان دیگر ماده تاریک به سادگی ماده‌ای است که واکنشی نسبت به نور نشان نمی‌دهد.

در عوض، وجود و ویژگی‌های ماده تاریک را می‌توان به‌طور غیرمستقیم و از طریق تاثیرات گرانشی‌اش بر روی ماده مرئی، تابش و ساختار بزرگ مقیاس جهان نتیجه گرفت.

طبق داده‌های تیم ماموریت پلانک در سال 2013 و بر پایه مدل استاندارد کیهان‌شناسی، کل جرم-انرژی موجود در جهانِ شناخته شده شامل 4.9 درصد ماده معمولی، 26.8 درصد ماده تاریک و 68.3 درصد انرژی تاریک تشکیل شده است.

یعنی ماده تاریک، 26.8 درصد کل ماده موجود در جهان را تشکیل می‌دهد و انرژی تاریک و ماده تاریک روی هم‌رفته 95.1 درصد از کل محتویات جهان را تشکیل می‌دهند.

اخترفیزیکدانان فرضیه ماده تاریک را مطرح نمودند تا اختلاف میان جرم محاسبه‌شده برای اجرام غول‌پیکر آسمانی توسط دو روش استفاده از تاثیرات گرانشی آن‌ها یا استفاده از مواد درخشان درون آن‌ها(ستارگان، گاز، غبار) را توضیح دهند. این فرضیه نخستین بار توسط "یان اورت" در سال 1932 برای توضیح سرعت‌های مداری ستارگان در کهکشان راه شیری و توسط فریتز زوییکی در سال 1933 برای توضیح شواهد مربوط به «جرم گمشده» در سرعت‌های مداری کهکشان‌ها در خوشه‌های کهکشانی مطرح گردید.

در پی آن بسیاری از مشاهدات دیگر نیز مطرح گشت که دلالت بر وجود ماده تاریک در جهان داشتند. از جمله این مشاهدات می‌توان به مشاهده سرعت‌های چرخشی کهکشان‌ها توسط "ورا روبین" در دهه‌های 60 تا 70 میلادی، همگرایی گرانشی اجسام پس‌زمینه توسط خوشه‌های کهکشانی همچون خوشه گلوله، الگوهای ناهمسانگردی دما در تابش زمینه کیهانی اشاره نمود.

کیهان‌شناسان توافق نظر دارند که ماده تاریک عمدتا از نوعی ذره زیراتمی ناشناخته تشکیل شده‌ است. جستجو برای یافتن این ذره با استفاده از وسایل گوناگون یکی از تلاش‌های اصلی فیزیک ذرات بنیادی است.

اگرچه وجود ماده تاریک به‌طور عمومی توسط جامعه علمی مورد پذیرش قرار گرفته است، اما نظریه‌های جایگزینی نیز برای گرانش ارائه شده‌اند. مثلا می‌توان به دینامیک نیوتنی اصلاح شده اشاره نمود که سعی در توضیح این مشاهدات غیرمعمولی بدون نیاز به معرفی جرم اضافی را دارند.

"پیتر ون دوکوم" از دانشگاه ییل، نویسنده اصلی این مقاله در مورد این کشف گفت: یافتن یک کهکشان بدون ماده تاریک غیر منتظره است، زیرا این ماده نامرئی و اسرارآمیز جنبه غالب وجود هر کهکشان است.

این کهکشان حدود 65 میلیون سال نوری از ما فاصله و در صورت فلکی نهنگ قرار دارد و تقریبا هم‌اندازه کهکشان راه شیری است.

کهکشان "NGC1052-DF2" نه تنها فاقد ماده تاریک است، بلکه در ازای هر 200 ستاره در کهکشان راه شیری، تنها حدود یک ستاره دارد.

در حقیقت، آنقدر نازک است که دانشمندان می‌توانند از میان آن به کهکشان‌های پشت آن نگاه کنند.

فقدان ستاره‌ها بدان معنی است که "NGC1052-DF2" جرم بسیار کمی دارد. این موضوع برای کهکشان‌ها بسیار غیر معمول است. معمولا کهکشانها نسبت به مواد درونشان، جرم بیشتری دارند.

"دوکوم" می‌گوید: برای چند دهه تصور می‌شد که کهکشان‌ها زندگی خود را از حباب‌های ماده تاریک آغاز می‌کنند و پس از آن همه چیز اتفاق می‌افتد: گاز به هاله‌های ماده تاریک می‌افتد، به ستارگان تبدیل می‌شود، آنها به آرامی ساخته می‌شوند و سرانجام به کهکشان‌هایی مانند راه شیری منتهی می‌شوند.

وی افزود: اما کهکشان "NGC1052-DF2" نظریات استاندارد چگونگی شکل‌گیری کهکشان‌ها را به چالش می‌کشد.

کشف "NGC1052-DF2" تاثیر شگرفی در مطالعات آینده در مورد ماده تاریک خواهد داشت و عدم وجود ماده تاریک، دانشمندان را در درک این که چرا در مکان‌های دیگر اتفاق می‌افتد، کمک می‌کند.

دانشمندان دانشگاه "ییل"، کهکشان "NGC1052-DF2" را با تلسکوپ سنجاقک (Dragonfly Telephoto Array) کشف کردند که یک ابزار سفارشی ساخته شده برای شناسایی اشیاء بسیار کم‌نور است.

این کهکشان پیش از این تصویربرداری شده بود، اما محققان در نگاه دوم متوجه شدند که این کهکشان تفاوت بسیاری با سایر کهکشان‌های تصویربرداری شده دارد.

"دوکوم" توضیح داد که اگر ماده تاریک در این کهکشان وجود داشته باشد، بسیار کم است. ستاره‌ها در این کهکشان می‌توانند تمام جرم آن را تشکیل دهند و به نظر نمی‌رسد جایی برای ماده تاریک باشد.

محققان سپس برای درک بیشتر این کهکشان غیر عادی، از هر دو تلسکوپ فضایی هابل و تلسکوپ زمینی "جمنای" در هاوایی استفاده کردند.

"دوکوم" می گوید: من یک ساعت فقط به تصویر هابل خیره شده بودم. این اتفاق بسیار نادر است، به ویژه در این روزها پس از چند سال فعالیت هابل، شما تصویری از چیزی دریافت می‌کنید و می‌گویید من هرگز تا به حال چنین چیزی ندیده‌ام!

این کهکشان، شگفت‌انگیز است، یک لکه غول‌پیکر که می‌توانید از درونش پشت آن را دید. به حدی نازک است که همه کهکشان‌های پشت آن را می‌توان دید و به معنای واقعی کلمه یک کهکشان است.

یافته‌های اخترشناسان دانشگاه "ییل" در مجله Nature منتشر شده است.