نخستین نشانه ها از برهمکنش ماده تاریک با خودش

* به نظر می رسد دانشمندان برای نخستین بار ماده ی تاریک را در حال برهمکنش با خودش دیده اند، آن هم از راهی به جز نیروی گرانشی.

* بر پایه ی این یافته، شاید ماده ی تاریک کاملا هم تاریک نباشد.

عکسی که تلسکوپ هابل از خوشه ی کهکشانی آبل ۳۸۲۷ گرفته. ساختارهای آبی رنگ شگفت انگیزی که پیرامون کهکشان های مرکزی دیده می شوند نماهای یک کهکشان بسیار دورتر پشت خوشه اند که در اثر جرم کهکشان های جلویی دچار همگرایی گرانشی شده. مشاهدات از چهار کهکشان جلویی نشان می دهند که ماده ی تاریک پیرامون یکی از آن ها با خود کهکشان حرکت نمی کند و گویا برهم کنش های ماده ی تاریک/ماده ی تاریکِ ناشناخته ای در آن جا رخ داده. اندازه های دیگر تصویر را در این پیوند ببینید

رصدهای تلسکوپ بسیار بزرگِ ESO و تلسکوپ فضایی هابل از کهکشان های برخوردی نشانگر نخستین جزییات فریبنده درباره ی سرشت ماده ی تاریک، این جوهره ی رازآلود کیهان است.

یک گروه از اخترشناسان با بهره از دستگاه کاوشگر طیف سنج چند-بخشی (MUSE) روی تلسکوپ VLT رصدخانه ی جنوبی اروپا در شیلی، و همچنین تصاویر تلسکوپ هابل از درون مدار، به بررسی برخوردهای هم‌زمان چهار کهکشان در خوشه ی کهکشانی آبل ۳۸۲۷ پرداختند. این گروه توانستند نمای انباشتگی جرم درون سامانه را آشکار کرده و پراکندگی ماده ی تاریک در آن را با جایگاه های این کهکشان های درخشان مقایسه نمایند.

اگرچه ماده ی تاریک دیده نمی شود ولی این دانشمندان توانستند با بهره از ترفند همگرایی گرانشی به جایگاه آن پی ببرند. این برخورد کهکشانی در جایی درست روبروی یک کهکشان بسیار دورتر که پیوندی هم با این خوشه ندارد رخ می دهد. انبوه ماده ی تاریکِ پیرامون این کهکشان های برخوردی به شدت فضازمان را در هم پیچانده و مسیر پرتوهای نورِ آن کهکشان دوردست را کج کرده، به گونه ای که تصویرش از دید ما دچار کج‌نمایی شده و به شکل کمان هایی آشکار در آمده است.

تا جایی که می دانیم، همه ی کهکشان ها در دل توده های ماده ی تاریک جای دارند. کهکشان هایی مانند راه شیری بدون اثر محدودکننده ی گرانش ماده ی تاریک، به هنگام چرخش از هم می پاشیدند. برای جلوگیری از این فروپاشی، ۸۵ درصد جرم کیهان [۱] می بایست به شکل ماده ی تاریک باشد، ماده ای که هنوز سرشت راستینش ناشناخته مانده.

در این بررسی، پژوهشگران این چهار کهکشان برخوردی را رصد کردند و دریافتند که گویا توده ی ماده ی تاریک یکی از کهکشان ها از خود آن کهکشان عقب مانده. این توده اکنون ۵۰۰۰ سال نوری (۵۰ هزار میلیون میلیون کیلومتر) پشت کهکشان است - فضاپیمای وویجر ناسا برای پیمودن این فاصله ۹۰ میلیون سال زمان نیاز دارد.

بر پایه ی نظریه، اگر در برخوردهای کهکشانی، ماده ی تاریک با خودش برهم کنش هایی هر چند اندک، از راهی به جز گرانش انجام دهد، یک درنگ (عقب ماندگی، واماندگی) میان آن و کهکشان همراهش روی خواهد داد. [۲] تاکنون هرگز برهم کنش ماده ی تاریک از راهی به جز نیروی گرانش دیده نشده.

پراکندگی ماده ی تاریک خوشه با خط های آبی نمایانده شده. چنان چه می بینید، توده ی ماده ی تاریکِ کهکشان سمت چپ به اندازه ی چشمگیری از خود کهکشان فاصله دارد، چیزی که می تواند نشانگر گونه ای واکنش ناشناخته ی ماده ی تاریک/ماده ی تاریک باشد. تصویر بزرگ تر- اندازه های دیگر را در این پیوند ببینید

نویسنده ی اصلی پژوهش، ریچارد مَسی از دانشگاه دورهام چنین توضیح می دهد: «ما فکر می کردیم ماده ی تاریک سرش به کار خودش است و به جز کشش گرانشی، هیچ رفتار دیگری بروز نمی دهد. ولی اگر ماده ی تاریک در هنگامه ی این برخورد دچار کاهش سرعت شده، پس چه بسا این نخستین نشانه از فیزیک پُرمایه در بخش تاریک باشد: جهان پنهان پیرامون ما.»

این پژوهشگران یادآوری می کنند که بررسی های بیشتری درباره ی اثرهای دیگری که آن ها هم می توانند یک درنگ (واماندگی) پدید آورند نیاز است.» باید کهکشان های بیشتری رصد شده و شبیه سازی های رایانه ای از برخوردهای کهکشان ها انجام گیرد.

یکی از اعضای این گروه به نام لیلیا ویلیامز از دانشگاه مینه سوتا می افزاید: «ما می دانیم که ماده ی تاریک وجود دارد زیرا با ماده ی معمولی برهم کنش گرانشی انجام می دهد و با این کار به شکل‌دهی کیهان کمک می کند، ولی هنوز درباره ی کاری که این ماده واقعا انجام می دهد آگاهی بسیار اندکی داریم. مشاهدات تازه ی ما نشان می دهند که ماده ی تاریک شاید بتواند نیروهایی به جز گرانش هم وارد کند، این بدان معناست که ما می توانیم برخی از نظریه های کلیدی درباره ی سرشت احتمالی ماده ی تاریک را کنار بگذاریم.»

این دستاوردها در پی یافته های دیگری به دست آمده اند که همین گروه به تازگی انجام داده. در آن پژوهش، آن ها ۷۲ برخورد میان خوشه های کهکشانی را رصد کرده [۳] و دریافته بودند که ماده ی تاریک برهم کنش بسیار کمی با خودش دارد. ولی در این پژوهش تازه به جای بررسی خوشه های کهکشانی، حرکت تک تک کهکشان ها بررسی شده. پژوهشگران می گویند که برخورد میان این کهکشان ها شاید از برخوردهای دیده شده در پژوهش پیشین هم زمان بیشتری برده بوده- این باعث می شود حتی اثرهای یک نیروی اصطکاکی اندک هم با گذشت زمان افزایش یابد و به یک پس‌افتادگی نسبتا بزرگ که بشود آن را اندازه گرفت بینجامد.

با روی هم گذاشتن این دو یافته، برای نخستین بار مرز رفتار ماده ی تاریک آشکار می شود. [این که] برهمکنش ماده ی تاریک کمتر از این، ولی بیشتر از آن است. مسی می افزاید: «ما با فشردن دانشمان از دوسو، سرانجام داریم از بالا و پایین به ماده ی تاریک دست می یابیم.»

---------------------------------------------

یادداشت ها:

۱) اخترشناسان دریافته اند که محتوای کل جرم/انرژی کیهان از سه بخش درست شده: ۶۸% انرژی تاریک، ۲۷% ماده ی تاریک، و ۵% هم ماده ی معمولی. بنابراین ۸۵% از پیکره ی کهکشان مربوط به بخشی از ماده است که دیده نمی شود.

۲) شبیه سازی های رایانه ای نشان می دهند که اصطکاک اضافی ناشی از برخورد باعث کاهش سرعت ماده ی تاریک می شود. سرشت این برهم کنش ناشناخته است؛ یا می تواند به دلیل اثرهای کاملا شناخته شده باشد و یا شاید هم به دلیل گونه ای نیروی ناشناخته ی شگفت انگیز. تنها چیزی که اکنون می توان گفت اینست که دلیل آن "گرانش" نیست.

این چهار کهکشانِ در حال برخورد شاید همگی از ماده ی تاریکشان جدا شده باشند. ولی ما تنها از روی یکی از آنها توانستیم اندازه گیری هایمان را به خوبی انجام دادیم، زیرا به گونه ای شانسی درست هم‌تراز با آن جرمِ پس زمینه که نورش دچار همگرایی گرانشی آن ها شده بود جای داشت. تصاویر همگراییده ی آن جرم پس زمینه از سه کهکشان دیگر دورتر بود، از همین رو مرز ماده ی تاریک آن ها بازتر از آن بود که بشود از دید آماری، نتیجه گیری های چشمگیری انجام داد.

۳) هر خوشه ی کهکشانی می تواند تا چند هزار کهکشان در خود داشته باشد.

۴) تنها نکته ی نامشخص در یافته های این پژوهش، بازه ی زمانی برخورد است: اصطکاکی که ماده ی تاریک را کُند کرده یا می توانسته یک نیروی بسیار ضعیف باشد که در درازنای میلیاردها سال وارد می شده، یا یک نیروی به نسبت قوی تر که "تنها" ۱۰۰ میلیون سال است دارد وارد می شود.

واژه نامه:

dark matter - gravity - ESO - Very Large Telescope - NASA - ESA - Hubble Space Telescope MUSE - VLT - galaxy - galaxy cluster - Abell 3827 - gravitational lensing - spacetime - Milky Way - Voyager spacecraft - Richard Massey - Durham University - lag - computer simulation - Liliya Williams - University of Minnesota - friction -

منبع: رصدخانه ی جنوبی اروپا (ESO)

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان