Dark Matter

انرژی تاریک و ماده تاریک!؟

در اوایل دهه ۱۹۹۰، یک چیز در مورد گسترده یافتن جهان کاملاََ معلوم بود. این موضوع شاید تراکم انرژی لازم برای متوقف کردن گسترش جهان را داشته باشد و حتی شاید کمترین تراکم انرژی را برای متوقف کردن این گسترش را هرگز نداشته باشد، اما گرانش مانند زمان روند کاهش گسترش زمین را ادامه می دهد. طبق این نظر، این کاهش تاکنون مشاهده نشده است اما به لحاظ نظری جهان مجبور به کند شدن روند این گسترش بود. جهان پر از ماده است و نیروی جاذبه گرانش همه ماده ها را به طرف هم می کشد.

پس از ۱۹۹۸ و مشاهدات تلسکوپ فضایی هابل (HST) از ابر نو اخترهای بسیار دور در آن زمان نشان داد که مدت ها پیش جهان به آرامی نسبت به امروز گسترش یافته است. به طوری که در ذهن هر کسی این ایده به سرعت می گذشت که گسترش جهان با گرانش آهسته نشده است. هیچ کس انتظار این موضوع را نداشت و هیچ کس نمی دانست که چگونه آن را توضیح دهد. اما یک چیز باعث گسترش یافتن جهان می شد.

سر انجام نظریه پردازان، سه نوع توضیح را ارائه دادند. شاید این نتیجه یک تفسیر طولانی از نظریه گرانش انیشتین باشد، که آن را “ثابت کیهانی” می نامند. شاید نوعی انرژی عجیب و غریب وجود داشته باشد که فضا را پر کرده است. شاید چیزی با نظریه گرانش اینشتین در تضاد باشد و یک نظریه جدید بتواند حاوی زمینه ای باشد که این شتاب کیهانی را ایجاد کند. نظریه پردازان هنوز نمی دانند که توضیح درست این شتاب کیهانی چیست، اما آنها یک راه حلی را ارائه داده اند. این راه حل؛ انرژی تاریک است.


بیشتر بخوانید: باد های کهکشانی که زاد و ولد ستاره ها را کنترل می‌کنند


انرژی تاریک چیست؟

این موضوع بیشتر از اینکه شناخته شده باشد، ناشناخته است. ما میدانیم که انرژی تاریک چقدر است و به چه میزان وجود دارد چون ما می دانیم که چگونه بر گسترش جهان تاثیر می گذارد. به غیر از این، این موضوع یک رمز و راز کامل است. اما این رمز و رازی  مهم می باشد. به نظر می رسد که تقریبا ۶۸ درصد از جهان انرژی تاریک است. ماده تاریک حدود ۲۷ درصد جهان را تشکیل می دهد. بقیه (همه چیز در زمین، همه چیزی کع با تمام ابزارهای ما مشاهده شده اند و تمام مواد طبیعی) آن ۵ درصد باقی مانده را شامل می شوند. بیایید به این ۵ درصد باقی مانده فکر کنیم، شاید نباید آن را “ماده عادی” نامید زیرا کسر کوچکی از جهان را شامل می شود.

یک توضیحی که بتوان برای انرژی تاریک داد این است که انرژی تاریک یک ویژگی از فضا می باشد. آلبرت انیشتین اولین کسی بود که متوجه شد که فضای خالی چیزی نیست. فضا دارای ویژگی های شگفت انگیزی است که بسیاری از آن ها تازه درک شده اند. اولین ویژگی که انیشتین کشف کرد این است که امکان دارد که فضای بیشتری وجود داشته باشد. سپس یک برداشت از نظریه گرانش انیشتین، برداشتی که حاوی یک ثابت کیهانی است، پیش بینی دوم را بوجود می آورد: 《”فضای خالی” می تواند انرژی خود را داشته باشد.》

چون این انرژی از ویژگی فضای خود می باشد، نمی تواند مانند گسترش یافتن فضا، توسعه یابد. مانند فضای زیادی که در جهان به وجود می آید، بیشتر این انرژی فضایی، در این فضا ظاهر می شود. در نتیجه، این شکل از انرژی می تواند جهان را سریع تر و سریع تر گسترش دهد. متاسفانه هیچکس درک نمی کند؛ چرا ثابت کیهانی باید وجود داشته باشد؟ چرا که این ثابت کیهانی سبب ایجاد شتاب مشهود در جهان می شود.

توضیح دیگری برای چگونگی به دست آوردن انرژی فضا از طریق نظریه کوانتومی ماده می باشد. در این نظریه، “فضای خالی” در واقع پر از ذرات زود گذری است که به طور مداوم شکل می گیرند و سپس ناپدید می شوند. اما زمانی که فیزیکدانان سعی در محاسبه این که چقدری از این انرژی را به فضای خالی اختصاص دهند، پاسخ های بدست آمده همگی اشتباه از آب در آمد. این رقم بدست آمده ۱۰۱۲۰ بار بیش از حد بزرگ بود. این مقدار برابر یک عدد یک با ۱۲۰ تا صفر بعد از آن بود. پاسخگویی به این مشکل سخت است. بنابراین رمز و راز این مسئله ادامه دارد.

توضیح دیگری برای انرژی تاریک این است که این نوع انرژی، انرژی جدیدی از انرژی مایع، روان و میدان انرژی است که چیزی می باشد که تمام فضا را پر می کند اما اثری که انرژی تاریک بر گسترش جهان دارد، مخالفت آن با ماده و انرژی عادی است. برخی از نظریه پردازان این انرژی را “بالاترین عنصر وجود” و یا “جوهر” (quintessence) ،بعد از عنصر پنجم فیلسوفان یونانی، نامیده اند. اما اگر quintessence جواب باشد، هنوز نمی دانیم آن  انرژی شبیه چیست؟، چه چیزی با آن تعامل دارد؟ یا اینکه چرا وجود دارد؟ بنابراین رمز و راز این موضوع همچنان ادامه دار است.


بیشتر بخوانید: بزرگ تر شدن کهکشان راه شیری


آخرین احتمال این است که نظریه گرانش انیشتین درست نیست. که نه تنها گسترش جهان را تحت تأثیر قرار می دهد، بلکه باعث می شود که ماده طبیعی در کهکشان ها و خوشه های کهکشان ها حرکت کند. این واقعیت راهی برای تصمیم گیری در مورد اینکه آیا راه حل مشکل انرژی تاریک یک نظریه جدید گرانشی است یا خیر، ارائه می دهد: ما می توانیم ببینیم و بفهمیم که چگونه کهکشان ها در خوشه ها جمع می شوند. اما اگر یک نظریه جدید گرانش بوجود آید، آن نظریه چه می تواند باشد؟

چگونه می توان حرکت اجرام آسمانی را در منظومه شمسی به درستی توصیف کرد؟ آیا مانند نظریه انیشتین شناخته شده است؟، و هنوز هم پیش بینی های مختلفی برای جهان که ما به آن نیاز داریم ارائه می دهد؟ تئوری های داوطلب بسیاری وجود دارد، اما هیچ کدام قانع کننده نیستند. بنابراین رمز و راز این موضوع همچنان ادامه دارد. چیزی که برای تصمیم گیری میان امکانات انرژی تاریک (اعم از ویژگی فضا، یک مایع متحرک یا یک نظریه جدید گرانش) مورد نیاز است، اطلاعات بیشتر و بهتر می باشد.

ماده تاریک چیست؟

با تبدیل کردن یک مدل تئوری از جهان به مجموعه ای ترکیب شده از مشاهدات کیهانی، دانشمندان با ترکیباتی که ما در بالا توضیح دادیم، دریافته بودند که ۶۸ درصد جهان از انرژی تاریک، ۲۷ درصد ماده تاریک و ۵ درصد ماده طبیعی است. اما ماده تاریک چیست؟

ما مطمئن هستیم که ماده تاریک در حاله ای از ابهام قرار دارد. اول اینکه تاریک به معنی قالبی که سیارات و ستاره ها در آن شکل می گیرند و ما می بینیم، نیست. مشاهدات نشان می دهد که جهان به مقدار کمتری قابل مشاهده است که این میزان ۲۷ درصد را شامل می شود که آن را ماده تاریک می نامیم. دوم اینکه ماده تاریک از قالب های ابری تاریک تشکیل نشده و ماده تاریک از ذراتی به نام باریون (baryons) تشکیل شده است. این موضوع را می دانیم زیرا قادر به تشخیص ابرهای باریونی توسط جذب تابش از آن ها، هستیم. سوم اینکه ماده تاریک یک ضد ماده نیست زیرا ما پرتوهای گاما منحصر به فرد تولید شده را هنگامی که ضد ماده با ماده تاریک خنثی می شود، نمی بینیم.


بیشتر بخوانید: بیگانگان فرازمینى در جهان هاى موازى زندگى مى کنند!


در نهایت می توانیم سیاه چاله های بزرگ کهکشان های بزرگ را که بر اساس تعدادی از عدسی های گرانشی که می بینیم را رد کنیم. غلظت بالا ماده تاریک باعث خم شدن و انحراف نور اشیاء دور می شود. اما ما با این عدسی ها رویدادهای کافی را نمی بینیم که نشان دهد چنین اجسامی برای تشکیل نیاز به ۲۵ درصد ماده تاریک دارند.

با این حال در این موضوع، احتمال چند ماده تاریک وجود دارد که ماندنی هستند. ماده باریونی هنوز هم می تواند ماده تاریک را تشکیل دهد اگر همه آن ها در کوتوله های قهوه ای یا در قطعات کوچک و سنگین عناصر سنگین گره خورده باشند. این احتمالات به عنوان اشیاء جمع و جور عظیم و یا “MACHOs” شناخته شده است. اما رایج ترین دیدگاه این است که ماده تاریک باریونی نیست، بلکه ماده تاریک از دیگر ذرات عجیب و غریب مانند آکسیون ها (axion) یا WIMPS (تعامل ضعیف ذرات عظیم) تشکیل شده است.