مشاهدات هابل نقص شناخت کنونی ما از ماده تاریک را نشان می دهد - مهسان بلاگ

ستاره شناسان با آنالیز داده های هابل؛ اختلافاتی را بین مدل های نظری چگونگی توزیع ماده تاریک در خوشه های کهکشانی و رصدهای صورت گرفته کشف نموده اند.

می دانیم که ماده تاریک نور را تابش یا جذب نمی نماید و بازتاب نیز نمی دهد. حضور آن، تنها به وسیله اثر گرانشی با ماده مرئی در فضا شناخته می گردد. به این ترتیب یکی از روش هایی که اخترشناسان برای تشخیص ماده تاریک استفاده می نمایند، اندازه گیری چگونگی اثر گرانش آن بر تحریک فضا است که با نام لنز گرانشی شناخته می گردد.

پژوهشگران دریافتند که غلظت اندکی از ماده تاریک در خوشه های کهکشانی، اثری گرانشی ایجاد می نماید که 10 برابر بیش از حد انتظار است. این شواهد بر اساس رصدهای دقیق و بی سابقه چندین خوشه کهکشانی توسط تلسکوپ فضایی هابل و تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانه جنوبی اروپا (VLT) در شیلی به دست آمده است.

خوشه های کهکشانی، بزرگ ترین ساختارهای کیهان هستند که از کهکشان های تک تشکیل شده اند و بزرگ ترین مخازن ماده تاریک به شمار می فرایند. نه تنها این کهکشان های تک به دلیل اثر گرانشی ماده تاریک کنار هم جای گرفته ند، بلکه خودشان نیز مملو از ماده تاریک هستند. به این ترتیب، ماده تاریک در خوشه ها در دو مقیاس بزرگ و کوچک توزیع می گردد.

ماسیمو منگتی (Massimo Meneghetti) از مؤسسه ملی اخترفیزیک (INAF) که سرپرست مطالعه مرتبط است، در این زمینه گفت: خوشه های کهکشانی آزمایشگاه های ایده آلی برای درک این موضوع هستند که آیا شبیه سازی های رایانه ای برای استنباط ما از ماده تاریک و برهم کنش آن با ماده مرئی قابل اتکا است یا خیر.

این پژوهشگر رصدخانه علوم فضا و اخترفیزیک بولونیا در ایتالیا اضافه نمود: ما در این مطالعه آزمایش های دقیق بسیاری را برای مقایسه شبیه سازی ها و داده های رصدی انجام دادیم و باز هم شاهد عدم تطابق بودیم. یک منشأ این اختلاف می تواند این باشد که بعضی مفاهیم کلیدی فیزیک را در شبیه سازی های رایانه ای دخالت نداده باشیم.

پریاموادا ناتاراجان (Priyamvada Natarajan) نیز از دانشگاه ییل در کانتیکت که یکی از نظریه پردازان ارشد تیم پژوهشی است، اعلام نمود: یک ویژگی دنیا واقعی وجود دارد که آن را به سادگی در مدل سازی های نظری خود درنظر نگرفته ایم. این موضوع می تواند نشان دهنده شکاف در درک فعلی ما از ماهیت ماده تاریک و خصوصیات واقعی آن باشد. زیرا این داده های ارزشمند رصدی به ما اجازه داده که توزیع دقیق ماده تاریک را در کوچک ترین مقیاس ها آنالیز کنیم.

او این موضوع را در حالی بیان می نماید که چند روز پیش تیمی از مرکز اخترفیزیک هاروارد و اسمیتسونیان، از دستیابی به یک شبیه سازی دقیق برای شکل ماده تاریک خبر داده بود.

رصد توزیع ماده تاریک در خوشه های کهکشانی، به وسیله خم شدن نور یا اثر لنز گرانشی که ایجاد می نماید، آنالیز می گردد. گرانش ماده تاریک نور پس زمینه دوردست را بزرگنمایی می نماید و تاب می دهد، که باعث اعوجاج تصاویر رصدی می گردد و حتی گاهی تصاویر متعددی از یک کهکشان دوردست شکل می گیرد. هرچه تراکم ماده تاریک در یک خوشه کهکشانی بیشتر باشد، خمش نور بر اثر آن بیشتر خواهد بود.

تصاویر واضح هابل همراه با طیف به دست آمده از VLT به تیم پژوهشی یاری نموده تا یک نقشه ماده تاریک با دقت و کیفیت بالا فراوری نمایند. آنها تصویر ده ها کهکشان پس زمینه ای عبور نموده از لنز گرانشی و در نتیجه چند برابر شده را یافته اند. با اندازه گیری میزان اعوجاج ناشی از لنز گرانشی، ستاره شناسان می توانند مقدار و نحوه توزیع ماده تاریک را کشف نمایند.

سه خوشه کهکشانی کلیدی مورد استفاده در این تجزیه وتحلیل، MACS J1206.2-0847 و MACS J0416.1-2403 و Abell S1063 و طی بخشی از دو کاوش هابل بودند: برنامه های Frontier Fields و Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble که به اختصار CLASH گفته می گردد.

• ناسا تصاویر خیره نماینده ای از کهکشان ها، ستارگان و بقایای ابرنواختری منتشر کرد

نکته جالب توجه در مشاهدات هابل این است که این تلسکوپ همچنین کمان های کوچک-مقیاس و تصاویر اعوجاج را درون اعوجاج های بزرگ-مقیاس ناشی از لنزهای گرانشی نشان داده است، جایی که بیشتر کهکشان های پرجرم شکل می گیرند.

پژوهشگران معتقدند که این لنزهای درونی، توسط گرانش ماده تاریک متراکمی که با کهکشان های منفرد خوشه مرتبط است، ایجاد می گردد. طبق یافته ها توزیع ماده تاریک در مناطق درونی کهکشان ها اثر لنز گرانشی خوشه کهکشانی را افزایش می دهد.

در ادامه، مشاهدات طیف سنجی نیز با اندازه گیری سرعت ستاره هایی که در داخل چند کهکشان خوشه در حال چرخش هستند، به مطالعه اضافه نموده شد. پیرو روزاتی (Piero Rosati) یکی از اعضای تیم از دانشگاه فرارا ایتالیا گفت: بر اساس مطالعات طیف سنجی، ما توانستیم کهکشان ها را با هر خوشه مرتبط کنیم و فاصله آن ها را تخمین بزنیم.

پیترو برگامینی (Piero Rosati) عضو تیم رصدخانه INAF نیز اضافه نمود: سرعت ستاره ها به ما تقریبی از توده هر کهکشان از جمله ماده تاریک می دهد.

تیم پژوهشی، نقشه های ماده تاریک را با نمونه های خوشه های کهکشانی شبیه سازی شده با جرم مشابه که در فاصله تقریباً یکسانی نیز قرار داشتند، مقایسه کردند. اما خوشه های شبیه سازی شده، نسبت به دنیا واقعی، سطح یکسانی از ارتباط ناشی ماده تاریک با کهکشان های منفرد خوشه در مقیاس های کوچک، نشان ندادند.

این تیم نتایج پژوهش خود را 11 سپتامبر (21 شهریور) در نشریه علمی Science منتشر کردد و همچنین به دنبال آزمایش تنش مدل استاندارد ماده تاریک است تا به ماهیت مرموز آن پی ببرد.

ابزارهای آینده نیز می تواند در این راستا به دانشمندان یاری کند. برای نمونه تلسکوپ فضایی نانسی رومن که هفته گذشته آینه آن کامل شد، کهکشان های دورتر را به وسیله لنزهای گرانشی شناسایی خواهد نمود. این رصدها نمونه های خوشه های کهکشانی که ستاره شناسان می توانند برای آزمایش بیشتر مدل های ماده تاریک تجزیه و تحلیل نمایند، توسعه می دهد.

عکس کاور: استفاده هابل از لنز گرانشی برای یافتن ماده تاریک

Credit: NASA, ESA, and D. Player (STScI)

منبع: SciTechDaily

bestcanadatours.com: مجری سفرهای کانادا و آمریکا | مجری مستقیم کانادا و آمریکا، کارگزار سفر به کانادا و آمریکا

مجله سرگرمی: مجله سرگرمی و گردشگری