دانش‌آموخته‌ی ماده‌ی تاریک را در اطراف کهکشان‌ها شناسایی می‌کنند که از حدود ۱۲ میلیارد سال پیش داشته‌اند. این کشف، قدیمی‌ترین ماده‌سازی رازآلودی به‌شمار می‌رود که بر جهان هستی سیطره دارد.

یافته‌های اخیری که با همکاری محققان دانشگاه ناگویا ژاپن به دست آمده، نشان می‌دهد که ماده تاریک در جهان از آنچه در مدل‌های کیهان‌شناسی فعلی پیش‌بینی می‌شود، دارای ماهیت انباشته یا برهم‌فشرده بوده است، کمتر است. اگر پژوهشی بیشتر در آینده، این نظریه را می‌توان بررسی کرد، این امکان وجود دارد که از چگونگی ساختار کهکشان‌ها دستخوش تغییر می‌کند و در ادامه اثبات قوانین اساسی حاکم بر کیهان احتمالاً در زمان‌های دور و زمانی که تنها ۱٫۷ می‌باشد، می‌شود. یک میلیون سال از عمر کیهان می‌گذشت، احتمالاً با قوانین حاکم بر کیهان تفاوت‌هایی داشته است.

کلید نقشه برداری ماده تاریک در جهان بسیار اولیه، تابش پسزمینه مایکروویو کیهانی (CMB) است. نوعی تابش فسیلی باقی مانده از بیگ بنگ (مهبانگ) که در سراسر کیهان توزیع شده است. ماسامی اوچی، استاد دانشگاه توکیو در بیانیه ای توضیح می دهد:

به ماده تاریک در اطراف کهکشانهای دور نگاه کنید؟ چنین ایده های دیوانه کننده بود. هیچکس [پیش‌تر] متوجه نشدم که ما می‌توانیم این کار را انجام دهیم. اما بعد از اینکه درمورد یک نمونه کهکشان دوردست بزرگ صحبت کردم، هیرونائو نزد من آمد و اظهار کرد که شاید بتوان با کمک CMB به ماده تاریک اطراف این کهکشانها نگاه کرد.

ازآنجاکه نور برای پیمودن مسیر خود را از اجرام دوردست تا زمین به زمان محدودی نیاز دارد، اخترشناسان دیگر کهکشان‌ها را به همان شکلی مشاهده می‌کنند که در زمان خروج نور از آن‌ها بوده‌اند. هرچه یک کهکشان دورتر از ما واقع شده باشد، نور طبعا مسافت طولانی‌تری را به سمت ما می‌پیماید و از همین روی ما به‌عنوان ناظر، آن‌ها را در زمان‌های دورتری می‌بینیم. با کنار هم گذاشتن این توضیحات می‌توان نتیجه گرفت که ما دورترین کهکشان‌ها را به شکلی درآورده‌اند که در سال‌های پیش درآمد می‌بینیم. این تخمین‌های زمانی ما را به دورانی می‌رساند که جهان هستی یک کودک نوپا در قیاس با عمر ۱۴.۵ میلیارد ساله‌ی خود بوده است.

مقاله مرتبط:

رصد ماده تاریک پیچیده‌تر و فریبنده‌تر از این هم می‌شود. ماده تاریک را به‌عنوان ماده‌ای اسرارآمیزی می‌دانند که حدود 85 درصد از کل جهان هستی از آن تشکیل شده است. ماده‌ی تاریک ماده‌ای معمولی ساخته‌شده از پروتون و نوترون است که ستارگان، سیارات و بدنه‌های خود را تشکیل می‌دهند، با نور برهم‌کنشی نیست. ماده تاریک با ماده‌ی معمولی هم برهم‌کنشی ندارد.

تشخیص ماده تاریک مربوط به اوایل کیهان

اشاره کرد که ماده تاریک با و ماده‌ای معمولی برهم‌کنشی ندارد. شاید بپرسید این ماده با کدام یک از پدیده‌های شناخته شده برای بشر برهم‌کنشی صورت می‌دهد؟ پاسخ این است که اخترشناسان برای دیدن ماده تاریک باید به آن با گرانش تکیه دهند.

طبق‌ نظریه‌ی نسبیت انیشتین، اجرام با جرم بسیار زیاد باعث انحنای فضا-زمان می‌شوند. قیاس یا توپ معمولی برای درک بهتر موضوع وجود دارد: ورقه‌ای لاستیکی کشسانی که‌هایی با جرم فزاینده را در خود نگه می‌دارد. هرچه جرم بیشتر باشد، فرورفتگی یا اثر بزرگتری در ورق ایجاد می شود. به طریقی مشابه، هرچه جسم کیهانی بزرگتر باشد، تاب برداشتن فضا-زمان هم شدیدتر خواهد بود.

اجرام عظیمی مانند کهکشان‌ها باعث می‌شوند فضا-زمان به قدری منحنی شود که نور ساطع‌شده از منابعی است که در آن‌ها کهکشان‌ها دچار آن‌ها می‌شوند. درست مانند حالتی که مسیر یک تیله روی صفحه لاستیکی منحرف می‌شود. این اثر منبع نور را در آسمان تغییر می دهد. پدیده‌هایی که از آن به نام همگرایی گرانشی یاد می‌کنند.

ستاره‌شناسان برای مطالعه انواع ماده تاریک در یک کهکشان، می‌توانند تغییر نور ساطع‌شده را از میان «کهکشان ایفاکننده‌ای نقش نوعی لنز» و در کل پدیده‌های همگرایی گرانشی را مشاهده کنند. هرچه کهکشان در نقش لنز مورد بررسی، ماده تاریک بیشتر داشته باشد، عبور نور از آن نیز بیشتر خواهد بود. اما این تکنیک با وجود مفید بودنش، محدودیت‌هایی دارد.

از آنجاکه اولین و دورترین کهکشان‌ها بسیار کم نور هستند، درنتیجه هرقدر که اخترشناسان به اعماق دورتری از جهان در زمان‌های دورتر نگاه می‌کنند، اثر هم‌گرایی و نقش عدسی‌گونه‌هایی کهکشان‌ها نیز متعاقب شکننده‌تر و ضعیف‌تر شدن و دیدن آن می‌شوند. از سویی هم تحقیقات به منابع پسزمینه کیهانی زیاد و هم به تعداد زیادی کهکشان‌های اولیه نیاز دارند. این موضوع در حالت عادی، نقشه‌برداری توزیع ماده تاریک را به کشان‌هایی محدود می‌کند که حدود ۸ تا ۱۰ میلیون سال دارند.

اتکای صرف به همگرایی گرانشی و انحراف نور محدودیت‌هایی دارد

اما CMB منابع نورهای قدیمی‌تر و بسیار کهن‌تری را در قیاس با هر کهکشانی ارائه می‌کند. CMB تشعشعی فراگیر است و ایجاد می شود که جهان به اندازه کافی برای تشکیل اتم ها سرد شده و تعداد الکترون های آزاد پخش کننده عکس ها در لحظه هایی که کیهان شناسان از آن تحت عنوان «آخرین پراکندگی» یاد می کنند، کاهش می یابد، ایجاد می شود. کاهش الکترونهای آزاد به فوتونها اجازه حرکت آزادانه را داد. به این معنی که جهان از حالت مات خارج شده و حالت شفاف (دارای امکان عبور نور از میان خود دربرابر نور به‌خود گرفت).

از سویی CMB نیز سایر منابع دوردست نوری در کیهان، می‌تواند توسط کهکشان‌های دارنده‌ی ماده تاریک به‌دلیل پدیده‌های همگرایی گرانشی منحرف شود.

یویچی هاریکان استادیار دانشگاه توکیو در بیانیه ای گفت:

بیشتر از آنچه کهکشان‌های مبدا برای اندازه‌گیری مصرف مواد تاریک از امروز تا ۸ میلیارد سال پیش استفاده می‌کنند. بااین‌حال، ما همیشه به گذشته‌ای دورتری نگاه کنیم؛ زیرا از CMB دورتری برای اندازه گیری ماده تاریک استفاده کرده است.

این تیم اعوجاج‌های همگرایانه نمونه‌های بزرگی از کهکشان‌های کهن را با کهکشان‌های بررسی شده با CMB به‌منظور شناسایی ماده تاریک در زمانی که عمر کیهان تنها 1.7 میلیارد سال بوده است، بررسی شده‌اند. نتیجه نهایی این شد که ماده‌ای تاریک شناسایی‌شده، تصویر کیهانی بسیار متفاوت را ترسیم می‌کند.

به‌گفته‌ی هاریکان:

ما برای اولین بار ماده تا را حدوداً از اولین نقطه جهان جمع‌آوری کردیم. ۱۲ میلیارد سال پیش، همه چیز بسیار متفاوت بوده است. [در آن زمان] کهکشانهای در حال شکل گرفتن نسبت به زمان حال میبینید. اولین خوشه های کهکشانی نیز شروع به شکل گیری کرده اند.

این خوشه ها می‌توانند از ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ کهکشانی تشکیل شوند که توسط گرانش به تعداد زیادی ماده تاریک متصل شوند.

آیا ماده تاریک توده‌ای است؟

یکی از مهم‌ترین جنبه‌های یافته‌های این تیم به مطرح شدن این امکان است که شاید ماده تاریک در جهان کمتر از آن چیزی باشد که بسیاری از مدل‌های موجود نشان می‌دهند، دارای حالت توده‌ای یا همفشردگی باشد.

به‌عنوان مثال، مدلی به نام لامبدا CDM که به‌طور مستقیم نیز در محافل علمی پذیرفته می‌شود، نشان می‌دهد که کوچک‌کننده در CMB بایستی باعث ایجاد گرانشی شود که در ادامه بسته‌های متراکمی از مواد را ایجاد می‌کند. این نوسانات در نهایت منجر به فروپاشی ماده برای تشکیل کهکشان ها، ستاره ها و سیارات می شود و همچنین باید به ایجاد محفظه های متراکم از ماده تاریک تبدیل شود. هاریکان گفت:

یافته های ما هنوز نامشخص هستند. اما اگر درست باشد، می‌توان وجود کاستی را در تمام مدل‌های فعلی با عقب‌تر رفتن هرچه بیشتر در زمان و نزدیک شدن به سال‌های اولیه کیهان نشان داد. این موضوع هیجان انگیز است؛ زیرا اگر نتیجه‌ی بعدی پس از کاهش قطعیت‌ها هم به قوت خود باقی بماند، می‌تواند مدل‌های بهتری را نشان دهد و شاید بینش بهتری درباره ماهیت خود ماده تاریک پیش روی ما بگذارد.

مقاله مرتبط:

تیم پژوهشی به جمع آوری داده ها ادامه خواهد داد. آن‌ها می‌خواهند ارزیابی کنند که آیا مدل لامبدا CDM با مشاهدات مواد تاریک در جهان مطابقت دارد؟ یا اینکه چنین نیست و مفروضات واقع در این مدل نیاز به نظر خواهد داشت.

داده‌های به‌کاررفته توسط این تیم برای دستیابی به یافته‌های اخیر، از بررسی Subaru Hyper Suprime-Cam Survey سرچشمه گرفته شده است. سوبارو هایپر، داده های یک تلسکوپی مستقر در هاوایی را تحلیل و تحلیل می کند. بااین‌حال، تنها از یک سوم این‌ها استفاده کرده‌اند. به‌تعبیری می‌توان نتیجه گرفت که با اضافه شدن به بقیه مشاهدات، نقشه بهتری از توزیع ماده تاریک دردسترس خواهد بود.

تیم پژوهشی همچنین مشتاقانه منتظر داده‌های حاصل از بررسی میراث و زمان رصدخانه Vera C. Rubin (LSST) هستند. داده‌هایی می‌توانند امکان مشاهده و بررسی مواد تاریک را حتی در زمان‌های دورتر از زمان‌های بعدی که ثبت‌شده باشند، وجود دارد.

هاریکان در انتها توضیح می دهد:

LSST به ما امکان می دهد تا نیمی از آسمان راصد کنیم. هیچ دلیلی نمیبینم که نمیتوانم مواد تاریک را در ۱۳ میلیارد سال پیش ببینیم.

اگر دوست داشتی امتیاز دادن یادت نره!