کشف کهکشان‌هایی که در مرکز خوشه‌های کهکشانی "وول می‌خورند"

اخترشناسان به کمک تلسکوپ فضایی هابل ناسا پی برده‌اند که درخشان‌ترین کهکشان‌ها در خوشه‌های کهکشانی، نسبت به مرکز جرم خوشه "می‌لولند" (وول می‌خورند). این یافته‌ی نامنتظره با پیش‌بینی‌های کنونی مدل استانداردِ ماده‌ی تاریک سازگار نیست. شاید بررسی بیشتر در این باره بتواند بینش‌های تازه‌ای درباره‌ی سرشت ماده‌ی تاریک به ما بدهد، شاید حتی نشان دهد که در این باره نیاز به فیزیک تازه‌ای داریم.

خوشه‌ی کهکشانی آبل ۳۸۳ از چشم تلسکوپ هابل. ین خوشه به اندازه‌ای پرجرم است که مانند یک عدسی همگرا، نور اجرام پشتش را خمانده و به چشم ما رسانده. این خوشه با فاصله‌ی ۲.۵ میلیارد سال نوری از زمین، در صورت فلکی جوی دیده می‌شود. تصویر بزرگ‌تر

ماده‌ی تاریک کمی بیش از ۲۵ درصد جرم-انرژی کیهان را تشکیل می‌دهد ولی به طور مستقیم دیده نمی‌شود و از همین رو به عنوان یکی از بزرگ‌ترین رازهای اخترشناسی نوین دانسته می‌شود. هم کهکشان‌ها و هم خوشه‌های کهکشانی با هاله‌هایی نادیدنی از ماده‌ی تاریک در بر گرفته شده‌‌اند. خوشه‌های کهکشانی گروه‌های غول پیکری از کهکشانند که گاه تا هزار کهکشان را در خود جای داده‌اند و همه‌ی آنها در گاز داغ میان‌کهکشانی غرقند. چنین خوشه‌هایی هسته‌های بسیار چگال و انبوهی دارند که در هر یک، کهکشانی غول‌آسا با عنوان "درخشان‌ترین کهکشان خوشه" (بی‌سی‌جی، BCG) دیده می‌شود.

مدل استاندارد ماده‌ی تاریک (مدل ماده‌ی تاریک سرد) پیش‌بینی می‌کند که اگر یک خوشه‌ی کهکشانی پس از گذراندن دوره‌ی پرآشوب ادغام کهکشان‌ها، به یک حالت واهِلیده (آرام گرفته، relaxed) برگردد، دیگر درخشان‌ترین کهکشانش (بی‌سی‌جی) از مرکز خوشه جابجا نخواهد شد و نفوذ گرانشی سهمگین ماده‌ی تاریک، آن را سر جای خود نگه خواهد داشت.

ولی اکنون گروهی از اخترشناسان سوییسی، فرانسوی و بریتانیایی با بررسی ۱۰ خوشه‌ی کهکشانی به کمک تلسکوپ فضایی هابل دریافته‌اند که بر خلاف چشمداشت‌ها، بی‌سی‌جی‌های آنها در مرکز خوشه ثابت نیستند.

بر پایه‌ی داده‌های هابل، با آن که این خوشه‌ها دیرزمانیست به حالت واهلیده رسیده‌اند، ولی این کهکشان‌ها دارند به گرد مرکز جرم (گرانیگاه) خوشه "می‌لولند". به بیان دیگر، مرکز بخش دیدارپذیر هر یک از این خوشه‌ها و گرانیگاه کلی آنها (که هاله‌ی ماده‌ی تاریک را هم در بر دارد) بر هم منطبق نیستند و به اندازه‌ی ۴۰ هزار سال نوری از هم فاصله دارند.

خوشه‌ی کهکشانی آبل اس۱۰۶۳ از چشم تلسکوپ هابل. این خوشه به
اندازه‌ای پرجرم است که مانند یک عدسی همگرا، نور اجرام پشتش را
خمانده و به چشم ما رسانده. این خوشه با فاصله‌ی ۴ میلیارد سال نوری
از زمین، در صورت فلکی درنا جای دارد. تصویر بزرگ‌تر

دیوید هاروی، اخترشناس بنیاد پلی‌تکنیک فدرال لوزان سوییس (EPFL)، و نویسنده‌ی اصلی گزارش این پژوهش می‌گوید: «ما پی بردیم که این بی‌سی‌جی‌ها به گرد مرکز هاله‌ها می‌لولند. این نشان می‌دهد که در مرکز این خوشه‌ها به جای یک منطقه‌ی انبوه و چگال (چیزی که مدل ماده‌ی تاریک سرد پیش‌بینی کرده)، ناحیه‌ای با چگالی بسیار کمتر وجود دارد. این یک نشانه‌ی خیره‌کننده از وجود گونه‌های ناشناخته‌ای از ماده‌ی تاریک درست در قلب خوشه‌های کهکشانیست.»

بررسی حرکت بی‌سی‌جی‌ها تنها می‌تواند به هنگام بررسی رفتار همگرایی گرانشی خوشه‌ها انجام شود. این خوشه‌ها به اندازه‌ای پرجرمند که فضازمان را خم کرده و باعث شده‌اند مسیر نوری که از اجرام دورتر (اجرام پشتشان) تابیده را خم کنند [مانند یک عدسی]. این اثر که به نام همگرایی گرانشی قوی شناخته می‌شود می‌تواند در تهیه‌ی نقشه از ماده‌ی تاریک خوشه‌های کهکشانی به کار رود، و به اخترشناسان اجازه دهد جای گرانیگاه را به دقت شناسایی کرده و سپس انحراف بی سی‌جی‌ها از این مرکز را اندازه بگیرند.

اگر این "لنگش" یک پدیده‌ی ناشناخته‌ی اخترفیزیکی نباشد و در حقیقت دستاورد رفتار ماده‌ی تاریک باشد، پس با مدل استاندارد ماده‌ی تاریک همخوانی نداشته و تنها می‌تواند با "برهمکنش ذرات ماده‌ی تاریک با یکدیگر" توجیه شود- یک ناسازگاری (تناقض) نیرومند با تعریف کنونی ما از ماده‌ی تاریک. این می‌تواند نشان دهد که برای حل راز ماده‌ی تاریک نیازمند فیزیک بنیادی تازه‌ای هستیم.

فردریک کوربَن، یکی از نویسندگان پژوهش از EPFL در پایان می‌گوید: «ما چشم به راه کاوشگرهای بزرگی مانند ماهواره‌ی اقلیدس هستیم که مجموعه داده‌های ما را گسترش خواهند داد. پس از آن خواهیم فهمید که این لولیدن بی‌سی‌جی‌ها زیر سر یک پدیده‌ی اخترفیزیکی تازه‌ است یا فیزیک بنیادی تازه‌ای نیاز داریم. هر کدام که باشد، چیز هیجان‌انگیزی خواهد بود!»

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

کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

dark matter - NASA - ESA - Hubble Space Telescope - galaxy clusters - centre of mass - standard model - cold dark matter - halo - core - brightest cluster galaxy - BCG - Swiss - French - British - David Harvey - Switzerland - cold dark matter - gravitational lensing - fundamental physics - Frederic Courbin - Euclid survey - Abell S1063 - Grus - Abell 383 - Eridanus

منبع: spacetelescope

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان