کیهان بخشی از ماده تاریکش را از دست داده

*بر پایه‌ی پژوهشی تازه، جهان آغازین شاید بیش از امروز ماده‌ی تاریک در بر داشته. این یافته‌ها می‌تواند به دانشمندان در بهتر شناختن کیهان در زمانی درست پس از مهبانگ (بیگ بنگ) کمک کند.

بیشتر ماده‌ی موجود در کیهان نادیدنی و تا حد بسیاری توصیف‌ناپذیر است؛ کهکشان‌ها را در کنار هم نگاه داشته و تنها از راه نیروی گرانشی که بر ماده‌ی معمولی وارد می‌کند خود را به ما نشان می‌دهد. پژوهشگران این جوهره‌ی شگفت‌انگیز را ماده‌ی تاریک نامیده‌اند، و یکی از بزرگ‌ترین پرسش‌ها برای اخترفیزیک‌دانان چیستی آن در زمان کنونی و چگونگی تکامل یا فروپاشی احتمالی آن در گذر زمان است.

ماده‌ی تاریک چیست و آیا در آغاز بیشتر از امروز بوده؟

پژوهش تازه‌ای که به دست گروهی از دانشمندان روس انجام شده ممکن است بینش‌هایی درباره‌ی این پرسش فراهم کند. دیمیتری گربونف، ایگور تکاچیف، و آنتون چودایکین این را بررسی کردند که آیا گونه‌ای ماده‌ی تاریک ناپایدار می‌توانسته از آغاز کیهان تاکنون واپاشیده و ذره یا ذراتی که سازنده‌ی ماده‌ی تاریک هستند -خود این هنوز روشن نیست- را به ذرات سبک‌تر تبدیل کرده باشند؟

تکاچوف در بیانیه‌ای گفت: «ما اکنون توانسته‌ایم -برای نخستین بار- محاسبه کنیم که چه مقدار ماده‌ی تاریک می‌توانسته از دست برود و درصد ناپایدار آن چقدر می‌توانسته باشد.»

محاسبه‌های تازه‌ی این گروه نشان می‌دهد که مقدار ماده‌ی تاریک از دست رفته از مهبانگ تاکنون، نمی‌توانسته بیش از ۵ درصد مقدار کنونی بوده باشد.

به گفته‌ی این دانشمندان، پژوهش آنها افزون بر پیشنهاد ویژگی‌های تازه برای ماده‌ی تاریک، می‌تواند برای کمک به پژوهشگران در شناخت دگرگونی‌های جهان هستی در گذر زمان اهمیت داشته باشد. برای نمونه، این یافته‌ها شاید بگویند که نرخ گسترش کیهان چگونه تغییر کرده و در چند صدهزار سال نخست پس از مهبانگ، زمانی که ماده از گونه‌ای که می‌شناسیم آغاز به ساخت اتم کرد چه روی داده بوده.

ماده رازگونه

ماده‌ی تاریک گونه‌ای از ماده است که جرم دارد، پس کشش گرانشی وارد می‌کند. ولی هیچ برهم‌کنش الکترومغناطیسی با ماده‌ی معمولی ندارد، از همین رو ناپیداست، یعنی هیچ نوری را نه باز می‌تاباند و نه در می‌آشامد (جذب می‌کند). نبود بار الکتریکی هم ماده‌ی تاریک را ناملموس کرده. فیزیکدانان هنوز در پی یافتن ذرات سازنده‌ی ماده‌ی تاریکند، ولی بیشتر پژوهشگران بر این همرَایَند که این ماده حدود چهار-پنجم ماده‌ی موجود در جهان هستی را تشکیل داده.

به گفته‌ی دانشمندان، داده‌های ماهواره‌ی پلانک نشان می‌دهد که تنها حدود ۴.۹ درصد از کیهان از ماده‌ی معمولی تشکیل شده، حدود ۲۶.۸ درصد از ماده‌ی تاریک، و ۶۸.۳ باقیمانده هم از انرژی تاریک، که به سرعت گسترش (انبساط) کیهان شتاب بخشیده.

این یافته‌ها می توانند به دانشمندان در شناخت چگونگی دگرگونی‌های کیهان در گذر زمان کمک مهمی کنند. برای نمونه، این پژوهش می‌تواند تغییرات در نرخ گسترش (انبساط) کیهان و این که در چندصد هزار سال نخست تاریخ گیتی، زمانی که ماده‌ی معمولی آغاز به ساختن اتم کرد چه رخ داده بوده. در آن دوره، نخستین فوتون‌ها (نور) توانسته بودند برای نخستین بار به نسبت آزادانه در کیهان جابجا شوند.

جهان ناپایدار

دانشمندان در این پژوهش داده‌های ماهواره‌ی پلانک را بررسی کردند که از فاصله‌ی حدود ۱.۵ میلیون کیلومتری زمین، تابش زمینه‌ی ریزموج کیهانی (CMB) را می‌سنجد. تابش زمینه‌ی ریزموج کیهانی یک "پژواک" از مهبانگ است؛ فوتون‌هایی (نوری) است که نخستین بار آزادانه در کیهان آغاز به حرکت کردند. با بررسی نوسان‌های درون این تابش، می‌توان مقدار پارامترهای گوناگون را محاسبه کرد، مانند سرعت گسترش کیهان در زمان آزاد شدن این تابش.

چیزی که آنها دریافتند این بود که کیهان در نخستین روزهایش -حدود ۳۰۰ هزار سال پس از پیدایش- رفتارش کمی متفاوت با رفتار امروزش بوده. این نتیجه‌گیری از محاسبه‌ی نرخ گسترش کیهان، و همچنین شمار کهکشان‌های درون خوشه‌ها به دست می‌آید که اگر مقدار ماده‌ی تاریک ۲ تا ۵ درصد بیش از امروز در نظر گرفته شود، توضیحشان آسان‌تر خواهد بود.

دانشمندان برای یافتن پاسخ، کیهان واقعی را با دو مدل بررسی کردند: یک کیهان با فرض پایدار بودن ماده‌ی تاریک و یک کیهان با فرض تغییرپذیر بودن "مقدار کل" ماده‌ی تاریک.

مدل دومی بهتر به پیدایش جهانی مانند آنچه که امروزه می‌بینیم می‌انجامید. به گفته‌ی پژوهشگران، بنابراین احتمالا ماده‌ی تاریکِ کیهان آغازین از دو بخش تشکیل شده بوده: یک بخش که به ذرات دیگر وامی‌پاشد و یک بخش که در درازنای میلیاردها سال پایدار می‌ماند.

تکاچوف می‌گوید: «ما در حال حاضر نمی‌توانیم بگوییم این بخش ناپایدارِ ماده‌ی تاریک با چه سرعتی واپاشیده بوده؛ ماده‌ی تاریک شاید هنوز هم دارد از هم می‌پاشد.»

افزون بر این، پژوهشگران با بررسی همگرایی گرانشی نور اجرام پس‌زمینه (خم شدن نور پس‌زمینه در اثر گرانش یک جرم بزرگ) به یک حد بالایی برای میزان ماده‌ی تاریکی که می‌بایست وامی‌پاشیده دست یافتند.

پژوهشنامه‌ی این دانشمندان در نشریه‌ی فیزیکال ریویو دی منتشر شده است.

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

کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

dark matter - Big Bang - galaxy - decay - Russian - Dmitry Gorbunov - Moscow Institute of Physics and Technology - Igor Tkachev - Department of Experimental Physics - Institute for Nuclear Research - Russia - Anton Chudaykin - Novosibirsk State University - atom - electromagnetism - electrical charge - Planck telescope - cosmic microwave background - Earth - echo - photon - cluster - gravitational lensing - Physical Review D

منبع: livescience

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان