پربازدیدترین ها
علم و فناوری

پاسخ سوال های بی جواب در مورد ماده تاریک 

رونمایی از رمز و رازهای ماده تاریک

در ادامه همه چیز در مورد ماده تاریک را بررسی خواهیم کرد. خب بگذارید داستان را از ابتدا برایتان تعریف کنم. همه چیز در مورد ماده تاریک از آنجا شروع شد که در سال 1930 فضاشناسی سوئدی به نام فریتز زویکی متوجه سرعت عجیب و غریب حرکت تعدادی از کهکشان های دور دست شد. در واقع این کهکشان ها با سرعتی خیلی خیلی بیشتر از جرم قابل رویتی که داشتند در حرکت بودند. درک سرعت گسترش کهکشان ها برایش خیلی سخت بود اما او این طور برداشت کرد که احتمالا جرمی غیرقابل رویت و مرموز نیروی جاذبه اش را به این کهکشان ها وارد کرده و سرعتی که ما می بینیم ناشی از نیروی یدک کشی این جرم غیر قابل رویت است.


مطلب مرتبط: ماده ی تاریک یا انرژی سیاه؛ سرنخ هایی تازه از حضور این انرژی مرموز در زمین خودمان!


از آن روز تا به حال محققان بارها و بارها این فرضیه را امتحان کردند و در نهایت به این نتیجه رسیدند که بله! احتمالا این جرم رازآلود در هستی وجود دارد. نکته این جاست که فراوانی جرمی که این ماده را تشکیل داده 6 برابر بیشتر از جرمی است که سایر مواد عادی مانند ستاره ها و آدم ها را تشکیل می دهد. جالب تر اینکه با وجود دیدن نشانه های این انرژی تاریک و مرموز هنور موفق به دیدن خودش نشده ایم. سوال های بسیاری در این مورد داریم و حالا هم وقت جواب دادن به این سوال هاست. با من و مجله وارونه همراه باشید تا از همه چیز در مورد ماده تاریک برایتان بگویم.

همه چیز در مورد ماده تاریک

همه چیز در مورد ماده تاریک

اولین و گیج کننده ترین سوال ممکن در این زمینه این است که اصلا ماده تاریک چیست؟ در ابتدا این طور فرضیه سازی شد که جرم ماده تاریک از ستارگان خاموش شده و سیاه چاله ها تشکیل می شود. اما در نهایت مشخص شد که این اجرام در کنار هم نمی توانند تاثیری را داشته باشند که جرم ماده تاریک در حال حاضردارد. ما با چیزی بزرگتر از اینها سر و کار داریم.

حالا میخواهم از فرضیه بعدی دنیای نجوم در مورد ماده تاریک برایتان بنویسم. محققان پیشنهاد کرده اند که ذره ای فرضی با جرم بسیار بالا وجود دارد. این ذره را با نام (WIMP) می شناسند که مخفف “ذرات عظیم با بر هم کنش ضعیف” است. (WIMP) ذره ای است با رفتارهایی شبیه به نوترون و جرمی 100 برابر بیشتر از پروتون. این برداشت از ماده تاریک در وهله اول جالب بود اما بعدا به خودی خود سوالات بیشتری را در ذهن محققان ایجاد کرد.

آیا ماده تاریک قابل شناسایی و دیدن است؟

همه چیز در مورد ماده تاریک

 اگر ماده تاریک از (WIMP) ساخته شده، نباید کنار ما قابل دیدن و بررسی باشد؟ پس چرا تا به حال نتوانسته ایم ببینیمش؟ ماده تاریک با ماده معمولی تعامل زیادی ندارد. اما بالاخره گاهی شانس این وجود دارد که یکی از ذرات فرضی (WIMP) که در حال سفر در فضاست با پروتون یا نوترونی وارد تعامل شود و ما بتوانیم ببینیمش. محققان هم یک جا ننشستند دست روی دست بگذارند. شروع کردند به تحقیق روی رفتار این ذره ها آنهم در زیر زمین های خیلی خیلی عمیق که تاثیر رادیواکتیو روی ذره ها خنثی شود.

می پرسید در نهایت چه شد؟ مشکل از کجاست؟ خب! پس از سال های سال تحقیق و بررسی هیچ کدام از این ذرات نتوانستند ما را به سر نخی از چگونگی رفتار ماده تاریک برسانند. همین امسال یک گروه تحقیقاتی چینی به نام پاندا ایکس اعلام کرد که نتیجه تحقیقاتش در مورد ماده تاریک به ناکجا آباد رسیده. این طور به نظر می رسد که ذرات واقعی ماده تاریک خیلی کوچک تر از (WIMP) باشند و احتمالا ویژگی های عادی که سایر ذرات را قابل بررسی و رویت میکند ندارند.

مرتبط: بشر تا چه حد از انرژی سیاه میداند؟ دانسته ها و ندانسته هایمان

آیا ماده تاریک از چیزی بیش از یک ذره تشکیل شده است؟

 مواد عادی دور و برمان از ذرات عادی مانند پروتون، نوترون، موان، پیون و نوترینو تشکیل شده اند. بر همین اساس برخی دانشمندان حدس می زنند که ماده تاریک که بیش از 85 درصد کل جرم هستی را تشکیل می دهد از چیزی بیش از یک ذره تشکیل شده باشد. البته هیچ دلیل واضح و شفافی به غیر از این وجود ندارد تا ثابت کند این انرژی مرموز از چیزی بیش از یک ذره ساخته شده است. برداشت های جالب تری هم در این مورد هست. برخی محققان معتقدند پروتون تاریک و نوترون تاریک ذراتی هستند که ماده تاریک را می سازند. ویژگی های شان هم با پروتون ها و نوترون های معمولیِ قابل رویت متفاوت است. از این دست فرضیه سازی ها زیاد است. اما پیدا کردن راهی برای اثبات یا رد کردن شان بیش از آن چه فکر می کنید سخت خواهد بود.  

نیروهای تاریک وجود دارند؟

همه چیز در مورد ماده تاریک

همانطور که حدس می زنیم ماده تاریک مثل ماده معمولی از چندین ذره تشکیل شده باشد، این امکان هم وجود دارد که نیروی ماده تاریک مثل نیروی ماده معمولی قابل لمس باشد. خیلی از محققان به دنبال کشف فوتون های تاریک هستند. فوتون هایی که درست مانند فوتون هایی که بین اجرم معمولی جا به جا می شوند بین ذرات ماده تاریک در حرکت باشند. حرکت فوتون های معمولی منجر به نیروی الکترومغناطیسی می شود که ما قادر به حس کردنش هستیم. پس این امکان وجود دارد که از حرکت فوتون های تاریک هم نیروی به وجود بیاید. فیزیک دانان ایتالیایی در تلاشند تا امواجی از الکترون و پوزیترون را به درون الماسی بفرستند. با خنثی شدن جفت های الکترون-پوزیترون ذرات مرموزی که ماده تاریک را می سازند نمایان خواهندشد. البته اگر واقعا وجود داشته باشند.

امکان دارد ماده تاریک از اکسیون ساخته شده باشد؟

خب راستش را بخواهید ذرات فرضی () دیگر برای محققان جذابیت سابق را ندارند. حالا ذره فرضی جدیدی معرفی شده به نام اکسیون. این ذره برخلاف همتای سابقش خیلی خیلی سبک است. چیزی در حدود 31/10 بار سبک تر از پروتون. در حال حاضر محققان به دنبال بررسی وجود یا عدم وجود ذرات اکسیون هستند. حساب و کتاب های کامپیوتری هم نشان می دهند که اکسیون ذره ای است که به احتمال خیلی زیاد اجرامی شبیه به ستارگان را شکل میدهد. این اجرام ستاره مانند امواج رادیویی تولید می کنند که با نام انفجار رادیویی سریع شناخته می شود.

ویژگی های ماده تاریک چیست؟

همانطور که می دانید وجودِ ماده تاریک از تعاملی که با ماده معمولی داشت اثبات شد. همین موضوع باعث شد اینطور تصور کنیم که شاید بهترین راه برای دیدنش هم از راه برقراری ارتباط این ماده با ماده معمولی باشد. البته خودتان که بهتر می دانید. تلاش های محققان با این روش به هیچ جا نرسیده. تئوری های جدیدی عنوان شده و بر اساس بروز ترین اخبار دنیای نجوم ذرات تشکیل دهنده ماده تاریک بیشترین برهم کنش را با خودشان دارند.

یعنی بیشترین بر هم کنش بین دو ذره ماده تاریک اتفاق می افتد. نه دو ذره ماده معمولی و ماده تاریک. آزمایشات زیادی در این مورد انجام و خوشبختانه در این راه درهای جدیدی رو به رویمان باز شده است. خبر خوش این است که سیگنال هایی از بر هم کنش دو ذره ماده تاریک داریم. هر چند هنوز نمی دانیم که این سیگنال ها از تعامل ذرات ماده تاریک هستند یا نه اما باز هم جای امیدی باقی است.

مطلب پیشنهادی: بیگ بنگ! دنیای ما را انرژی سیاهی ساخته که برایمان نا شناخته است!

همه چیز در مورد ماده تاریک

این را هم بگویم که جرم ماده تاریک خیلی بیشتر از ماده معمولی است. به همین دلیل تصور میشود که سازمان بندی و ساختار کهکشان های بزرگ به دلیل نیروی ناشی از ماده تاریک باشد. خنده دار این جاست که ابتدای امسال محققان ادعا کردند که کهکشانی کشف کرده اند بسیار بزرگ و خالی از ماده تاریک. آنها این طور نتیجه گرفتند که حضور ماده تاریک برای تولد کهکشان ها و البته ماندگاری شان فاکتوری اجباری نیست. اما در طول تابستان اعلام شد که تیم تحقیقاتی فاصله کهکشان را اشتباه محاسبه کرده. این یعنی  جرم کهکشان خیلی کمتر از آن چیزی بود که قبلا حساب شده بود و باقی جرم را همین ماده تاریک خودمان تشکیل میدهد.

تحقیقات (DAMA/LIBRA) چه نتایجی در برداشته است؟

یکی از برجسته ترین و پررمز و رازترین آزمایشات ممکن که تا کنون بر روی ذرات انجام شده، (DAMA/LIBRA) است. آزمایشگاهی که تحقیقات فوق در آن انجام شده در معدنی زیر کوه های گرن ساسو ایتالیا قرار دارد. و هدف از انجام این تحقیقات بررسی نوسانات ذرات موجود در ماده تاریک است. فرضیه ها نشان میدادند که نوسانات با گردش زمین به دور خورشید بیشتر خواهد شد. چرا که سیاره ما در دل منظومه شمسی قرار دارد و دور تا دورمان را ماده تاریک پر کرده است. پس با گردش نوسانات هم بیشتر خواهند شد. این اثر با نام باد ماده تاریک هم شناخته می شود و جالب است بدانید که گروه تحقیقاتی این آزمایش به نتایجی هم رسیده اند. آنها ادعا میکنند سیگنال های ناشی از این نوسان ها شناسایی کرده اند. کاری که تا به حال هیچ گروه تحقیقاتی موفق به انجامش نشده بود.

امکان دارد ماده تاریک نیروی الکترونیکی داشته باشد؟

همه چیز در مورد ماده تاریک

همان طور که می دانید دید ما به فضا محدود است اما سیگنالی از دورترین منطقه زمانی قابل دسترس به ما رسیده و این سیگنال حاکی از آن است که بله این امکان وجود دارد که ماده تاریک انرژی الکتریکی داشته باشد. این سیگنال های رادیویی با طول موج 21 سانتی متر از ستارگانی منتشر شده که 180 میلیون سال نوری پس از بیگ ینگ متولد شدند. البته هیدروژن سردی که در آن زمان وجود داشت این سیگنال ها را جذب کرده است.

فوریه امسال رد پای این سیگنال ها را در هیدروژن یخ ذره پیدا کردیم و به این نتیجه رسیدیم که دما در آن زمان خیلی بیشتر از آن چه فکر میکردیم پایین بوده است. فرضیه های دیگری هم وجود دارند. جولیان مونوز از دانشگاه هارواد این طور حدس میزند که احتمالا ماده تاریک در هیدروژن یخ زده وجود داشته است. امواج الکتریکی دمای هیدروژن را کاملا جذب کرده و به همین دلیل هم اینقدر سرد است. درست مانند قطعه های یخی که گرمای لیموناد را می گیرند و سردترش می کنند. البته این ادعا فقط در حد فرضیه است و تا اثباتش خیلی راه مانده!

این امکان وجود دارد که ماده عادی پس از نابودی به ماده سیاه تبدیل شود؟

همه چیز در مورد ماده تاریک

نوترون های یک از ذراتی هستند که ماده معمولی را تشکیل داده و البته عمر محدودی هم دارند. پس از گذشت تقریبا 5/14 دقیقه نوترون به پروتون، الکترون یا نوترینو تبدیل می شود. البته دو تحقیق دیگر هم در مورد عمر نوترون انجام شده و اختلاف زمانی بین این تحقیقات چیزی در حدود 9 ثانیه است. فیزیک دانان معتقدند این امکان وجود دارد که 1 بار از هر 100 بار تغییر اتم ها، نوترونی به ذره ماده تاریک تبدیل شود. البته در این مورد هم تحقیقاتی انجام شده. کریستوفر موریس و تیمش در نیو مکزیکو سیگنال های ناشی از فرسایش نوترون ها را بررسی کرده اند  متاسفانه تا به حال سیگنالی حاکی از تغییر ذرات عادی به ذرات ماده تاریک دریافت نشده است. احتمال دارد که سناریو های فرسایشی دیگری در کار باشند و ما باید تا آن زمان صبور باشیم.

ماده تاریک واقعا وجود دارد؟

با در نظر گرفتن سختی های پیش روی محققان در پیدا کردن این ماده و به بن بست رسیدن اکثر آزمایشات، این سوال به ذهنمان می رسد که اصلا ماده تاریک وجود دارد؟ سال های سال گروه کوچکی از فیزیک دانان مصرانه ادعا می کردند که شاید ماده تاریکی وجود نداشته باشد و صرفا تئوری های ما در مورد جاذبه اشتباه باشند. شاید این نیروی عظیم در مورد اجرام بزرگتر رفتاری متفاوت داشته باشد. به عبارت دیگر جاذبه ای که ما می شناسیمش در مورد اجرام بزرگتر یک تاثیر و در مورد اجرام کوچکتر تاثیر دیگری نشان می دهد.

این فرضیه با نام تئوری دینامیک نیوتونی یا “موند” شناخته شده و اینطور ادعا میکند که سرعت بالای کهشان های بزرگ و دور ناشی از تاثیر متفاوت جاذبه بر روی آنهاست نه وجود ماده ای نامرئی و مرموز به نام ماده تاریک! وجود ماده تاریک هنوز اثبات نشده؛ اما عدم وجودش هم هنوز اثبات نشده. با در نظر گرفتن کمترین نشانه هایی که در این راه داریم هم چنان این طور فرض می کنیم که بله! ماده تاریک وجود دارد! اما برای شناختنش راه درازی در پیش داریم!

امیدواریم که توانسته باشیم همه چیز در مورد ماده تاریک را به خوبی برایتان شرح دهیم، اگر سوال بی جوابی برایتان باقی مانده است، با ما در میان بگذارید.

در ادامه بخوانید: چرا تا حالا آدم فضایی ها را پیدا نکرده ایم؟ 

مطالب مرتبط

 
0 0 رای ها
امتیاز شما به این مطلب
مشترک شدن
اطلاع از
guest
0 دیدگاه
بازخورد داخلی
مشاهده همه نظرات