یکی از بزرگترین رازهای حل نشده علم که در جهان ما پیچیده شده است. این همه ماده تاریک کجاست؟ چی آیا همه چیز تاریک است؟

منظورم این است که ما می دانیم که آنجاست.

کهکشان ها، از جمله کهکشان راه شیری، به قدری سریع در حال چرخش هستند که فیزیک ما پیش بینی می کند که همه چیز در داخل باید مانند اسب ها بر روی یک چرخ و فلک بدون لول به بیرون پرتاب شود. اما بدیهی است که این اتفاق نمی افتد. تو، من، خورشید و زمین با خیال راحت لنگر انداخته ایم. بنابراین، دانشمندان این نظریه را مطرح می‌کنند که چیزی – احتمالاً به شکل هاله‌ای – باید کهکشان‌ها را احاطه کند تا از فروپاشی آن‌ها محافظت کند.

هر چیزی که این مرزها را شامل شود، ماده تاریک نامیده می شود. ما نمی توانیم آن را ببینیم، نمی توانیم آن را احساس کنیم، و حتی نمی دانیم که هست یا نه یک چیز. این مظهر گریزان است. ما فقط می دانیم که ماده تاریک وجود دارد.

علیرغم ناتوانی ما در مشاهده یا لمس خود مواد، کارشناسان راه های جالبی برای شناسایی تأثیرات آن بر جهان ما دارند. از این گذشته، ما در وهله اول حضور ماده تاریک را با توجه به اینکه چگونه کهکشان ها را کنار هم نگه می دارد، استنباط کردیم.

دانشمندان از این اصل استفاده کردند و در روز دوشنبه یافته های جدید قابل توجهی را در مورد ماده تاریک اعلام کردند. آنها با ابزاری متشکل از فضای تاب خورده، بقایای کیهانی به جا مانده از انفجار بزرگ و ابزارهای قدرتمند نجوم، یک منطقه اعماق فضایی از هاله های ماده تاریک که قبلا مطالعه نشده بود را شناسایی کردند – که هر کدام در اطراف یک کهکشان باستانی قرار داشتند و با وظیفه شناسی از آن در برابر زندگی شاد محافظت می کردند. -کابوس دورگرد

بر اساس مطالعه ای که در Physical Review Letters بر روی این یافته منتشر شده است، قدمت این چرخش ها به عقب باز می گردد ۱۲ میلیارد سال، درست کمتر از دو میلیارد سال پس از انفجار بزرگ. به گفته نویسندگان، این ممکن است آنها را به جوان‌ترین حلقه‌های ماده تاریکی تبدیل کند که تاکنون توسط بشر مطالعه شده است، و احتمالاً مقدمه فصل بعدی کیهان‌شناسی است.

هیرونائو میاتاکه از دانشگاه ناگویا و نویسنده این مطالعه در بیانیه ای گفت: “خوشحال بودم که پنجره جدیدی را به آن دوران باز کردیم.” ۱۲ میلیارد سال پیش، همه چیز بسیار متفاوت بود. شما کهکشان‌های بیشتری را نسبت به زمان حال می‌بینید که در حال شکل‌گیری هستند؛ اولین خوشه‌های کهکشانی نیز شروع به شکل‌گیری کرده‌اند.

صبر کنید، فضای تاب خورده؟ بقایای کیهانی؟

بله درست خواندید بیایید توضیح دهیم.

بیش از یک قرن پیش، زمانی که آلبرت انیشتین نظریه معروف خود را در مورد نسبیت عام ابداع کرد، یکی از پیش‌بینی‌های او این بود که میدان‌های گرانشی فوق‌العاده قوی ناشی از مقادیر عظیم ماده به معنای واقعی کلمه بافت فضا و زمان یا فضا-زمان را منحرف می‌کنند. معلوم شد که درست می گوید. امروزه، فیزیکدانان با استفاده از تکنیکی به نام عدسی گرانشی برای مطالعه کهکشان‌های بسیار دور و سایر پدیده‌های جهان به این مفهوم دست می‌زنند. چیزی شبیه به این کار می کند.

دو کهکشان را تصور کنید. کهکشان A در پس زمینه و B در پیش زمینه است.

اساساً، هنگامی که نور کهکشان A از کهکشان B عبور می کند تا به چشم شما برسد، این درخشندگی توسط ماده B، چه تاریک یا غیر تاریک، منحرف می شود. این خبر خوبی برای دانشمندان است، زیرا چنین تحریفی اغلب بزرگ می کند کهکشان های دور، به نوعی مانند یک عدسی.

علاوه بر این، یک نوع محاسبه معکوس وجود دارد که می توانید با این تاب نوری انجام دهید تا بفهمید که چه مقدار ماده تاریک کهکشان B را احاطه کرده است. اگر کهکشان B دارای یک مقدار زیادی از ماده تاریک، شما یک را خواهید دید مقدار زیادی اعوجاج بیش از حد انتظار از ماده مرئی — چیزهایی که می توانیم ببینیم — در داخل. اما اگر آنقدر ماده تاریک نداشت، اعوجاج به پیش‌بینی شما بسیار نزدیک‌تر بود. این سیستم بسیار خوب کار کرده است، اما یک اخطار دارد.

عدسی‌های گرانشی استاندارد فقط به محققان اجازه می‌دهد تا ماده تاریک را در اطراف کهکشان‌هایی که حداکثر در فاصله ۸ تا ۱۰ میلیارد سال نوری از ما قرار دارند، شناسایی کنند.

این به این دلیل است که وقتی عمیق‌تر و عمیق‌تر به جهان نگاه می‌کنید، تفسیر نور مرئی سخت‌تر و سخت‌تر می‌شود و در نهایت حتی به نور مادون قرمزی تبدیل می‌شود که برای چشم انسان کاملاً نامرئی است. (از همین رو تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا چنین معامله بزرگی است این بهترین عکس ما برای گرفتن ضعیف‌ترین و نامرئی‌ترین نوری است که از کیهان دور نشات می‌گیرد.) اما این بدان معناست که سیگنال‌های اعوجاج نور مرئی برای مطالعات ماده تاریک بیش از حد محو می‌شوند تا به ما در تجزیه و تحلیل چیزهای پنهان کمک کنند.

Miyatake راه حلی را ارائه کرد.

شاید ما نتوانیم اعوجاج نور استاندارد را برای تشخیص ماده تاریک متوجه شویم، اما اگر نوع دیگری از اعوجاج وجود داشته باشد که بتوانیم ببینیم چه؟ همانطور که مشخص است، وجود دارد: تشعشعات مایکروویو منتشر شده از انفجار بزرگ. این تقریباً بقایای گرمای بیگ بنگ است که به طور رسمی به عنوان پس زمینه مایکروویو کیهانی یا تشعشع CMB شناخته می شود.

“به ماده تاریک در اطراف کهکشان های دور نگاه کنید؟” ماسامی اوچی، کیهان شناس دانشگاه توکیو و یکی از نویسندگان این مطالعه، در بیانیه ای گفت. “این یک ایده احمقانه بود. هیچ کس متوجه نشد که ما می توانیم این کار را انجام دهیم. اما بعد از اینکه در مورد یک نمونه کهکشان دوردست بزرگ صحبت کردم، هیرونائو به سراغ من آمد و گفت ممکن است بتوان با CMB به ماده تاریک اطراف این کهکشان ها نگاه کرد. ”

در اصل، میاتاکه می خواست مشاهده کند که ماده تاریک چگونه به صورت گرانشی به اولین نور جهان ما عدسی می دهد.

چیدن تکه های بیگ بنگ

یوئیچی هاریکان، استادیار دانشگاه توکیو و یکی از نویسندگان این مطالعه، در بیانیه ای گفت: «بیشتر محققان از کهکشان های مبدا برای اندازه گیری توزیع ماده تاریک از زمان حال تا ۸ میلیارد سال پیش استفاده می کنند. با این حال، ما می‌توانیم به گذشته نگاه کنیم زیرا از CMB دورتر برای اندازه‌گیری ماده تاریک استفاده کردیم.

برای رسیدن به نتایج خود، تیم مطالعه جدید ابتدا داده‌هایی را از مشاهدات گرفته شده توسط Subaru Hyper Suprime-Cam Survey جمع‌آوری کرد.

این باعث شد که آنها ۱٫۵ میلیون کهکشان عدسی دار را شناسایی کنند – دسته ای از کهکشان های فرضی B – که می توان آنها را به ۱۲ میلیارد سال پیش ردیابی کرد. آنها سپس اطلاعات ماهواره پلانک آژانس فضایی اروپا را در مورد تشعشعات مایکروویو بیگ بنگ فراخواندند. همه اینها را کنار هم بگذارید و تیم می‌تواند بفهمد که آیا و چگونه آن کهکشان‌های دارای عدسی امواج مایکروویو را منحرف کرده‌اند.

نتا باکال، استاد علوم اخترفیزیک در دانشگاه پرینستون و یکی از نویسندگان مطالعه، “این نتیجه تصویری بسیار ثابت از کهکشان ها و تکامل آنها، و همچنین ماده تاریک درون و اطراف کهکشان ها، و چگونگی تکامل این تصویر با گذشت زمان ارائه می دهد.” ، در بیانیه ای گفته شده است.

به طور قابل توجهی، محققان بر مطالعه خود تاکید کردند که نشان می دهد ماده تاریک از جهان اولیه به نظر نمی رسد آنطور که مدل های فیزیک فعلی ما نشان می دهد، توده ای باشد. در خط پایین، این بیت می تواند آنچه را که ما در حال حاضر در مورد کیهان شناسی باور داریم، که عمدتاً قضایای ریشه در آنچه مدل Lambda-CDM نامیده می شود، تنظیم کند.

میاتاکه گفت: “یافته ما هنوز نامشخص است.” “اما اگر درست باشد، نشان می دهد که کل مدل ناقص است، زیرا شما در زمان به عقب تر می روید. این هیجان انگیز است زیرا اگر نتیجه پس از کاهش عدم قطعیت ها باقی بماند، می تواند نشان دهنده بهبود مدل باشد که ممکن است بینشی ارائه دهد. به ماهیت خود ماده تاریک.”

و در مرحله بعد، تیم مطالعه می‌خواهد با بهره‌برداری از اطلاعاتی که توسط رصدخانه Vera C. Rubin در مکان و زمان نگهداری می‌شود، مناطق قبلی فضا را کاوش کند.

هاریکان گفت: “LSST به ما امکان می دهد نیمی از آسمان را مشاهده کنیم.” من هیچ دلیلی نمی بینم که ۱۳ میلیارد سال پیش نمی توانستیم توزیع ماده تاریک را ببینیم.