اخیرا یک تیم تحقیقاتی هفت کهکشان کوتوله با کمبود ماده تاریک را پیدا کردهاند که علیرغم آنچه تصور میشد، زنده ماندهاند.
«جوآنا تامپسون» در برنامه «60 ثانیه» به بررسی این مسئله میپردازد.
در سال 2018 گروهی از ستارهشناسان از دانشگاه «ییل» چیزی عجیب کشف کردند: دو کهکشان که تقریبا هیچ ماده تاریکی نداشتند! این رصد در محافل علمی غوغایی ایجاد کرد، زیرا به نظر میرسید هرآنچه اخترفیزیکدانان در مورد نحوه شکلگیری کهکشانها میدانستند، به نحوی نادرست و ناکافی است.
اما محققان به تازگی مکانیسمی کشف کردهاند که احتمالا بتواند بقای کهکشانهای با کمبود ماده تاریک – یا فاقد ماده تاریک – را توضیح دهد.
در علم نجوم ماده به دو صورت وجود دارد: ماده تاریک و ماده باریونی. ماده باریونی همان ماده معمولی است که در روزمره میشناسیم، از الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شده و میتواند وارد واکنشهای شیمیایی و مغناطیسی شناخته شده شود.
برخلاف ماده باریونی، اجزای سازنده ماده تاریک مشخص نیست – حداقل ما نمیدانیم – و تنها از طریق اثرات گرانشی میتوان به حضور آن پی برد. به عبارت دیگر، ماده تاریک در هیچ واکنش شیمیایی یا مغناطیسی شرکت نمیکند.
در ادامه گفتگوی تامپسون با «بتسی آدامز» ستارهشناس در مرکز مطالعاتی نجوم رادیویی «Astron» از هلند و برخی دیگر ستارهشناسان را میخوانیم.
آدامز: « نکته ماده تاریک این است که ما قادر به دیدن آن به صورت ماده معمولی – ماده باریونی – نیستیم. هیچ تشعشعی از آن وجود ندارد، پس نوری از آن به ما نمیرسد و قابل رصد با تلسکوپ نیست. آنچه ما از این عالم مشاهده میکنیم، تنها باریونها –ماده معمولی – هستند. پس برای استنباط وجود ماده تاریک، ما به دنبال اثرات گرانشی آن در فضا هستیم.
تامپسون: « ماده تاریک مانند چسب نامرئی عمل میکند که کهکشانها را در کنار هم نگه میدارد. حدود 85% از هر کهکشان متوسط از ماده تاریک تشکیل شده است و بدون آن، اکثر کهکشانها امکان شکلگیری را ندارند – حداقل، ستارهشناسان اینطور گمان میکنند.»
یک کهکشان بدون ماده تاریک را میتوان به طوفان بدون باد تشبیه کرد! پس کهکشانها بدون ماده تاریک که ستارهشناسان ییل پیدا کردند، از کجا آمدهاند؟ چطور شکل گرفتهاند؟ این سوالات توجه «خورخه مورنو» ستارهشناس کالج «پومونا» در کالیفرنیا را به خود جلب کرد.
مورنو: « واقعا عجیب و حیرتانگیز بود. تمام باورها و معادلات ما بهم ریخت.»
مورنو بخشی از تیمی است که بر روی یک برنامه کامپیوتری گسترده و بسیار دقیق کار میکند که برای شبیهسازی کهکشانهای ادغام شده – بدون ماده تاریک – طراحی شده است.
مورنو: « این چیزی است که ما آن را «شبیهسازی کیهانی» مینامیم. ما یک تکه بزرگ از جهان را شبیهسازی میکنیم – جهان در ابعاد کوچک در کامپیوتر ما!»
تامپسون: « شبیهسازی مذکور از مدل استاندارد فیزیک پیروی میکند. در این مدل ماده تاریک نقش اساسی در شکلگیری کهکشانها دارد. با اینحال، هنوز بسیاری از فیزیکدانان عقیده دارند شاید مدل استاندارد صحیح نیست.»
مورنو: « گروهی از فیزیکدانان از این کشف بسیار خوشحال شدند. آنها عقیده دارند وقتش رسیده تا از ماده تاریک خلاص شویم – حتی هر نظریهای که وجود ماده تاریک را باور دارد – اما سایر کهکشانها که ماده تاریک نقش پررنگی در شکلگیری آنها دارد را، چطور توجیه کنیم؟ شاید لازم باشیم قوانین فیزیک را اصلاح کنیم.»
تامپسون به سراغ «های بویو» فیزیکدان نظری ذرات در دانشگاه «ریورساید» کالیفرنیا میرود.
بویو: « گروه من نیز به این موضوع علاقهمند شد. بنابراین، مقالهای نوشتیم که شاید به فیزیک جدید – که فراتر از مدل استاندارد فیزیک است – نیاز دارد. درحقیقت، ما در تلاش بودیم تا وجود کهکشانهای بدون ماده تاریک را توضیح دهیم.»
تامپسون: « شبیهسازیهایی که تیم مورنو انجام داد، راهحلی برای توضیح این مسئله ارائه میکرد، بدون آنکه فیزیک استاندارد را به طور کامل نادیده بگیرد. نظر شما چیست؟ تیم او بر کهکشانهای عظیم متمرکز بود. اما زمانی که آنها با دقت زیادی به کهکشانهای کوتوله کوچک نگاه کردند – آنها را شبیهسازی کردند – یک شگفتی ظاهر شد. آنها دریافتند هفت کهکشان کوتوله به طور کامل فاقد ماده تاریک هستند.»
هر یک از این کهکشانها با کمبود ماده تاریک به دور یک کهکشان بسیار پرجرم درحال چرخش بود – دقیقا به همان صورت که ماه به دور زمین میچرخد. مورنو و تیماش دریافت که این کهکشانها از ابتدا بدون ماده تاریک نبودهاند.
به عبارت دیگر، آنها به کمک ماده تاریک تشکیل شدند و به مرور زمان این ماده مرموز را از دست دادند، به طوری که حالا میتوان آنها را کهکشانهای با کمبود ماده تاریک دانست. این تیم شبیهسازیهای خود را با هدف دیگری آغاز کرده بود اما در راستای مطالعات با این نکته برخورد کرد.
بویو: «به نویسندگان این مقاله واقعا تبریک میگویم. این کار بسیار هیجانانگیز است. اما باید واقعبین باشیم. فیزیک استاندارد چیزی نیست که بتوان به راحتی آن را کنار گذاشت.»
گام بعدی در تلاش برای حل این مسئله، تائید نتایج مورنو با مشاهدات است.
تخمینهای صورت گرفته بیان میکنند تا 30% کهکشانهای مرکزی در محدوده جرمی متوسط باید کهکشانهایی با کمبود ماده تاریک باشند. برای تائید این نکته کار زیادی برای انجام دادن وجود دارد. باید آزمایشات وسعت بگیرند.
مورنو که اصالتی مکزیکی دارد، از هم قبیلهای های خود خواست تا نام این هفت کهکشان کوتوله را تعیین کنند. مورنو از این کهکشانها با نامهای «پرنده»، «گوزن»، «مو بلند»، «رنگ»، «سیب زمینی وحشی»، «گرگ» و «آبی» یاد میکند.
مورنو در پایان گفت: « نابود شدن ماده تاریک پس از آن که کهکشان شکل گرفت، نکته مرموز دیگری است که من و گروه مطالعاتیام قصد داریم وقت بیشتری برای فهم آن صرف کنیم.»
