ماده تاریک سرد

 ماده تاریک سرد

        نویسنده : NASA_AKA

      (NASTARAN SOHRABI)

ماده تاریک در کیهان شناسی به موادی درجهان هستی گفته می شود،که از خود نور (موج

الکترومغناطیسی)نمی تابانند و یاحتی بازنمی تابانند و از همین رو نمی توان آن را مستقیماً

دید.ساختار و تشکیل این مواد نامشخص است،ولی اثرات گرانشی آن ها روی ساختارهایی که دیده

می شوند مانند ستارگان و کهکشان هانشان می دهد که ماده تاریک وجود دارد.

وجود ماده ی تاریک می تواند برخی از مشاهدات غیرعادی نجومی راتوضیح دهد.مثلاًرفتارهای

غیرعادی در سرعت چرخشی کهکشان ها و برخی از تضادهایی که در نظریه مهبانگ وجود دارد.

سرعت چرخشی ستاره ها در کهکشان ها از رابطه ای که از قوانین کپلر هست.پیروی نمی کند و

برحسب فاصله از مرکز کهکشان ثابت است.

برای توضیح این پدیده باید توزیع جرم در کهکشان به طور خطی باشعاع زیاد شود.اما این توضیح با

مشاهده ی کهکشان ها درقسمت مرئی که نشان می دهد.بیشترجرم درناحیه مرکزی متراکم شده

است ناسازگار است.بنابراین فرض می شودکه این جرم نایافته ازماده تاریک (که آن را نمی بینیم)

ساخته شده باشد.

پیش بینی هایی درباره ی منشاء این ماده به دو گروه تقسیم می شوند:

1)اشیاء هاله ای و پرجرم  و متراکم شامل سیاه چاله ها،ستارگان نوترونی،کوتوله های سفید

سوخته و یا کوتوله های قهوه ای

2)ذرات پرجرم با هم کنش ضعیف شامل :نوترینوها،تک قطبی های مغناطیسی،و سایر ذرات بنیادی

خارق العاده که هنوز بر روی زمین مشاهده نشده اند.

درواقع نزدیک به 95% عالم «ماده تاریک» است و هیچ تابش الکترومغناطیسی گسیل نمی کند.اگر

این طور باشد با توجه به این که ماده تاریک بر دینامیک عالم حاکم است،ضروری است که مقدار و نوع

ماده تاریک موجود درعالم را تخمین بزنیم.

مثلاً کهکشان های مارپیچی را درنظر بگیرید.(این ها کهکشان هایی هستند که بیش تر ماده مرئی

 آن هادر صفحه قرص کهکشان) می چرخند.اگرچنین کهکشانی را از لبه نگاه کنیم آن گاه به نظر

می رسدکه این ابرهای کهکشانی در دو طرف کهکشان در جهت های مخالف درحرکت هستند یکی

به سمت ما درحرکت است و دیگری درحال دورشدن از ماست .این ابرها تابشی به طول موج 2

1سانتیمتر گسیل می کنند.ولی به علت اثر دوپلر برای ابرهای یک سرکهکشان قرمز گرایی و برای

 ابرهای انتهای دیگر آبی گرایی خواهیم داشت.با اندازه گیری این جابه جایی ها می توانیم سرعت

 این ابرها را تعیین کنیم و با دانستن سرعت و مکان ابرها می توان مقدار ماده موجود در کهکشان را

که بر حرکت ابرها تأثیر می گذارند تخمین زد.

اخترشناسان پس از انجام تجزیه و تحلیل بالا به نتیجه بسیارشگفت انگیزی دست یافتند به نظر

می رسد.کهکشان هایی مثل کهکشان ما دارای جرمی معادل ده برابر جرم ماده مرئی

می باشند.این بدان معناست که «ماده تاریک» ده برابر پرجرم تر از ماده مرئی راه کاهکشان است !

مطالعاتی که در مورد کهکشان های مختلف انجام شده است نیز این نتیجه را تایید کردند.همه

کهکشان ها هاله هایی بزرگ از ماده تاریک در اطرافشان دارند که بخش مرئی شان فقط کسر

ناچیزی ازآن ها را تشکیل می دهد.بیشتر نیروی گرانشی در کهکشان ناشی از ماده تاریک است به

همین دلیل دینامیک کهکشان عمدتاً متاثر از هاله ماده تاریک است و نه ماده مرئی.

دلیل دیگری که می تواند وجود ماده تاریک را اثبات کند این است که خوشبختانه اثر ماده کهکشان

روی حرکت ستاره های آن اندازه پذیر است.توزیع سرعت ستاره های کهکشان بستگی به توزیع ماده

در محل کهکشان داردومنجمان از روی حرکت ستاره ها دریافتند که باید ماده به مقدار زیاد در هاله

کهکشان دور از مرکز کهکشان وجود داشته باشد تا بتوان حرکت ستاره هارا در داخل کهکشان توضیح

داد.ستاره های دور از مرکز کهکشان سریع تر از آن می گردند،که تنها ماده مرئی ستاره ها بتواند آن

را توضیح دهد.

محاسبات نشان می دهد،که ما از کل ماده کهکشان تنها حدود 20درصد آن را به صورت ستاره های

شبیه به خورشیدمی بینیم.پس حدود 80درصد باید به صورت ماده تاریک باشد.

هم چنین این دلایل را اخترشناسی هلندی به نامیاناوورت برای اثبات وجود ماده تاریک به شیوه

دیگری به کار گرفت.او یکی از نخستین کسانی بود که در اوایل دهه1930 پی برد که تنها راه توضیح

رفتار ستاره ها در نزدیکترین همسایگی ما این است که وجود ماده ای تاریک و نامرئی را فرض کنیم

که قسمت اعظم فضا را پر کرده است.درآن موقع اخترشناسان ثابت کرده بودند که هریک از

 ستاره های در راه کهکشان در مداری به دور مرکز کهکشان می گردد.منظومه شمسی ما در

فاصله ای حدود دو سوم کل مسافت تا مرکز این منظومهچرخان در حومه های کهکشانی واقع است.

بررسی جزئیات ستاره های مجاور مسیر است.

و اخترشناسان پی برده اند که هیچ یک از آن ها دقیقاً در صفحه ای واحد حرکت نمی کند.بلکه در مدار

خود به دور کهکشان به بالا و پایین هم نوسان می کند.

البته اوورت نتوانست تک ستارهای را تماشا کند که به این طریق به بالا و پایین حرکت می کند.چنین

تغییراتی در ظرف هزاران یا میلیون ها سال صورت می گیرد.اما وی از روی توزیع کلی ستاره ها  در بالا

و پایین صفحه کهکشان و با اندازه گیری سرعت آن ها توانست نتیج بگیرد که ستارههای مرئی

خودشان در یک سوم نیروی گرانشی که آن ها را درجای خود نگه می دارد دخیل اند.

از آن پس اخترشناسان دیگری به کمک اخترشناسی رادیویی و سایر تکنیک ها پی برده اند.که همان

میزان جرمی از ابرهای سردگاز و غبار درمیان ستاره ها پراکنده است که در داخل تمام ستاره های

مرئی اما حتی همین جرم همراه باخود ستاره ها فقط دوسوم جرم گرانشی مورد نیاز برای توضیح

دینامیک موضعی کهکشان به حساب می آید،باید ماده تاریک بسیار بیشتری در عالم وجود داشته

باشد.ماده تاریک نادیدنی را می توان برحسب عددی به نام نسبت جرم به نور (   (M/Lاندازه گیری

کرد.این عدد بنابر تعریف برای خورشید یک است:یک جرم ماده خورشیدی به شکل یک ستاره یک

درخشندگی نور خورشیدی ایجاد می کند.بنابر ارقامی که اوورت به دست آورد،درهمسایگی ما M/L

حدود3 است. اما این عددبرای کل کهکشان بزرگتر است.

بررسیهای مربوط به چگونگی چرخش کهکشان هایی مانند راه کاهکشان خودمان نشان می دهند که

ستارگان درخشان در داخل هاله ای سیاه فرو می روند و گرانش این هاله قرص ستارگان را در

همه جا باسرعت یکسانی به چرخش در می آورد.

حدود 200میلیارد کهکشان که هرکدام تقریباً دارای 200میلیارد ستاره هستند و به وسیله تلسکوپ ها

قابل تشخیص اند.اما این تعداد فقط 4درصد از محل گیتی را تشکیل می دهد.حدود73 درصد از جهان

از ماده دیگری ساخته شده است.که ماده تاریک (DARK MATER) نامیده می شود.هیچ کس

نمی داند که ماهیت این ماده ناشناخته چیست،اما مقدار این نوع ماده از تمام اتم های موجود در

تمام ستارگان موجود درکل کهکشان های قابل شناسایی گسترده فضا بسیار بیشتر است به نظر

می رسد این نیروی گرانش با این نیرو مقابله کرده و از سرعت این گسترش می کاهد.

این اکتشاف ها به وسیله رصدخانه  ی مداری که کاوشگر نا همسانگرد ریز موج ویلکینسون (WMAP)

نامیده می شود،انجام شده است این کاوشگر افت و خیزهای ناچیز موجود در پرتوهای ریز موج پس

زمینه ی کیهانی را اندازه می گیرد که در اثر پژواک های میرای انفجار بزرگ به وجود آمده است.

نیروی ضد گرانشی باعث انبساط جهان می شود

به نظر می رسد که چیزی در فضا نهفته است و همانند نوعی نیروی ضد گرانشی عمل می کند.این

نیرو باعث می شود،که به جای آنکه جهان متراکم شود واجزای آن به یکدیگر نزدیک شود،انبساط

می یابد.از حدود بیست سال پیش حدس می زدند که در جهان ماده تاریک وجود دارد،چرا که در آن

زمان دریافتند که جهان به گونه ای عمل می کند که انگار بسیار سنگین تر از چیزی است که واقعاًبه

نظر می رسد.

دانشمندان،برای توجیه پدیده مشاهده شده همه احتمالاتممکن را در نظر گرفتند از جمله وجود

سیاه چاله ها ،کوتوله های قهوه ای و ذرات غیر قابل شناسایی که از نظرماهیت با انواع معمولی

 اتم ها تفاوت دارند،اما هیچ کدام از آن ها نتوانست جرم بسیار زیاد مشاهده شده را توجیه کند.اما

داستان ماده تاریک از سال 1998 آغازشد.درآن زمان دانشمندان دریافتند که بسیاری از کهکشان های

دور دست با سرعتی بسیار بیشتر از آن چه که محاسبات موجود پیش بینی کرده اند،از یکدیگر دور

می شوند.تحقیقاتی که روی انواع ویژه ای از ابرنواخترها ( (SUPERNOVAانجام شد.بیانگر آن بود که

محاسبات انجام شده،اشتباهی نداشت،به عبارت دیگر محاسبات دقیق نشان دهنده آن بود که

سرعت انبساط جهان لحظه به لحظه در حال افزایش است و از سرعت این انبساط کاسته نمی شود.

به نظر می رسدکشف بعضی از انواع نیروهای غیره منتظره غیر قابل شناسایی که باعث

می شوندساختار فضا به طور مرتب از یکدیگر فاصله گرفته و از هم دور شوند،حاصل مشاهدات

هالدین (JBS HALDANE)دانشمند انگلیسی است که سال ها پیش صورت گرفته است.وی می گوید

:«جهان عجیب تر از چیزی است که فکر می کنیم،جهان حتی عجیب تر از چیزی است که بتوان

فکرش کرد.»

مواد تشکیل دهنده ماده تاریک

ماده تاریک ممکن است از چیزهای معمولی مثل جنس سیارات تشکیل شده باشد،ولی سیاراتی

مثل زمین به اندازه کافی جرم ندارد،پس ممکن است ژوپیترها تشکیل دهنده ماده تاریک باشند.

اما این نظریه چندین مشکل دارد،اول این که ما فرض کرده ایم سیارات فقط در اطراف ستارگان شکل

گرفته اند.بنابراین ستارگان به میزان بسیارکمی جرم آن ها را بالا می برند.

دومین و مهم ترین مشکل از ترکیب هسته ای مهبانگ«BANG NACLEOSYNTHESIS BIG  » ناشی

می شود.در لحظه ی تولد عالم وقتی مهبانگ رخ داد،عالم از ماده ای بسیار گرم تشکیل شده از انواع

ذرات بود.درحالی که عالم بزرگ و بزرگتر و به سردی می گرایید ذرات ماده معمول مثل الکترون ،نوترون

و پروتن ها نیز سرد می شوند و اتم های مواد موجود درعالم را تشکیل می دادند.غالب این اتم ها

مربوط به هلیوم و هیدروژن هستند. BBN یک تئوری موفق است که نه تنها هیدروژن و هلیوم را به

عنوان بیشترین عناصر جهان معرفی می کند بلکه نسبت آن هارا نیز به درستی بیان می کند.

ستارگان تاریک – ژوپیترها و کوتوله های قهوه ای،کوتوله های سفید

ماده معمول دیگری که می تواند تشکیل دهنده ماده تاریک باشد،ستارگانی هستند که جرم کافی

برای سوختن و درخشان شدن ندارند.کوتوله های قهوه ای یا ژوپیتر ها:ژوپیترها کوتوله هایی به مراتب

(حدود10برابر)سنگین تر هستند و به صورت ستارگان بسیار کوچک و کم نور فعالیت دارند.اما این

احتمالات مثل سیارات در مقابل BBN با مشکل مواجه می شوند می شوند و باز باریون کافی

 وجود ندارد.احتمال این نیز می رود که نظریه BBN اشتباه باشد ولی چون این نظریه تاکنون بسیار

موفق بوده است به دنبال انتخاب دیگری برای ماده ی تاریک هستیم.

جازبه دلیل وجود ماده تاریک

وجود یک پدیده را از دو روش می توان اثبات کرد:مشاهده مستقیم پدیده ها یا مشاهده تأثیر آن بر

پدیده هایی که راحت تر مشاهده می شوند.این مطلب که درآسمان شب چیزهایی هست که به

راحتی دیده نمی شود و همیشه مورد توجه بوده است،هنگام استفاده از تلسکوپ یا رادیو تلسکوپ

فقط اشیایی رصد می شوندکه از خود نور یا امواج رادیویی گسیل می کنند.اما هر پدیده ای این

خصوصیات را ندارد.حتی سیاره خودمان زمین نیز به علت تاریکی بیش از حد قابل مشاهده نیست.

کیهان شناسان میزان ماده موجود درعالم را با پارامتری به نام امگا مورد بحث قرار می دهند.در یک

عالم بسته یعنی عالمی که جرم آن درحدی است که عاقبت درخود فرو می ریزد.امگا بیش از 1تعریف

می شود. دریک عالم باز یعنی عالمی که تا ابد اجزای آن درحال دورشدن از یکدیگر هستند.

ستاره شناسان یک نقشه ی جرمی از یکی از عظیم ترین ساختمان های موجود در کیهان تهیه کرده

اند که نشان می دهد جهان چیزی بس فراتر از ستارگان تابناک و سحابی های آسمانی است.این

شی یک خوشه دور افتاده ازکهکشان های حاوی «ماده تاریک» است.« ماده تاریک » یک عنصر

ناشناخته و نامرئی است که بخش اعظم جرم جهان را تشکیل می دهد.

این نقشه نشان می دهدکه توزیع ماده تاریک در کیهان عمدتاً همانند نحوه توزیع ستارگان و سحابی

های آسمانی است .پژوهشگران بر این باورند که این نقشه به درک بهتر این ماده مرموز کمک خواهد

کرد .با این حال بعید است به شناسایی ماهیت واقعی آن یاری برساند.

هرگونه کپی برداری وچاپ از این مقاله بدون نام و نشانی وبلاگ برخورد و پیگرد قانونی دارد