اختلاف بین ماده تاریک و ماده معمولی بین محیط های اختر فیزیکی مختلف به طور قابل توجهی متفاوت است، ولی برای چیزهای بزرگ مانند کهکشان ها و خوشه‌های کهکشانی، شدید تر است. برای اشیای کوچک، مانند قمر ها و سیاره ها، تفاوتی وجود ندارد. مثلاً گرانش سطح زمین را کاملاً می توان بر اساس ماده ای که زیر پای ما قرار دارد، توضیح داد. ماده تاریک برمدار ماه به دور زمین، و یا بر حرکت سیاره ها به دور خورشید، نیز تأثیری ندارد _ ولی همانطور که دیدیم، برای توضیح دادن حرکت ستاره ها به دور مرکز کهکشان به آن نیاز داریم.

 

   آیا نوع متفاوتی از فیزیک گرانش در مقیاس کهکشانی حاکم است؟ احتمالاً نه. به احتمال بیشتر، ماده تاریک از نوعی ماده‌ تشکیل می‌شود که ما هنوز ماهیت آن را نشناخته ایم، و پراکنده تر از ماده‌ی معمولی جمع می شود. در غیر این صورت، می توانستیم گرانش توده های متراکم ماده تاریک را که در گیتی جمع شده اند، شناسایی کنیم _ دنباله دارهای ماده تاریک، سیاره‌های ماده تاریک و کهکشان‌های ماده تاریک. تا جایی که ما می دانیم، اوضاع به این صورت نیست.

 

   آنچه می دانیم این است که ماده‌ای که در گیتی می‌شناسیم تنها رویه‌ای نازک بر روی کیک کیهانی است، کفی شناور بر سطح اقیانوس پهناور کیهانی از چیزی که همچون هیچ به نظر می رسد.

 

اعتبار تصویر: EarthSky

 

   بدترین اتفاقی که ممکن است بیفتد، این است که کشف کنیم که ماده تاریک اصلاً از ماده تشکیل نشده است، بلکه از چیز دیگری تشکیل شده است.

آیا آنچه می‌بینیم اثرات نیروهایی از یک بُعد دیگر است؟

آیا آنچه حس می‌کنیم گرانش معمولی ماده معمولی پس از عبور از غشای یک جهان خیالی مجاور ما است؟

 

اگر چنین باشد، ممکن است این فقط یکی از همه‌ی، بی نهایت گیتی هایی باشد که بس‌گیتی را تشکیل می‌دهند. عجیب و باورنکردنی به نظر می‌رسد؛ ولی آیا دیوانه وارتر از زمانی است که برای نخستین بار گفته شد که زمین به دور خورشید می‌چرخد؟ اینکه خورشید یکی از یکصد میلیارد ستاره در راه شیری است؟ یا اینکه راه شیری تنها یکی از یکصد میلیارد کهکشان در عالم است؟

 

   حتی اگر هر کدام از این فرضیه‌های تخیلی درست از آب درآید، هیچ کدام از آن‌ها به کار گیری موفقت آمیز گرانش ماده‌ی تاریک را در معادلاتی که از آن برای فهمیدن شکل‌گیری و تکامل گیتی استفاده می‌کنیم، تغییر نخواهد داد.

 

   شاید برخی دیگر از افراد دیر باور خستگی‌ناپذیر بگویند که « باید دیده شود» رویکردی برای زندگی که در بسیاری از کارها موثر واقع می‌شود، ولی برای علم مناسب نیست. علم فقط درباره‌ی دیدن نیست، درباره اندازه گیری کردن است، ترجیحاً با چیزی غیر از چشمان شما که پیوندی ناگسستنی با اضافات مغز دارد. این اضافات غالباً شامل مجموعه ای از افکار از قبل تعیین شده، تحصیلات از قبل تعیین شده و سوی گیری آشکار است.

 

ذرات ماده تاریک نیز ممکن است از طریق برهم‌کنشهای نادر مشابه، خود را نشان بدهند و یا شگفت انگیزتر اینکه ممکن است خودشان را از طریق نیروهایی غیر از نیروی هسته‌ای قوی، نیروی هسته‌ای ضعیف و الکترومغناطیس آشکار سازند. این سه نیرو، به اضافه گرانش، چهار نیروی شگفت انگیز گیتی را تشکیل می‌دهند و واسطه همه برهمکنش ها میان همه ذرات شناخته شده هستند؛ بنابراین انتخاب ها روشن هستند.

یا ذرات ماده‌ی تاریک باید منتظر شوند که ما یک نیروی جدید یا دسته‌ای از نیروهای جدید را کشف کنیم و کنترل نماییم، یا اینکه ذرات ماده تاریک از طریق نیروهای نرمال، ولی به طور بسیار ضعیف، برهمکنش انجام دهند.

 

   بنابراین، تأثیرات ماده‌ی تاریک واقعی است. فقط نمی‌دانیم ماده تاریک چیست. به نظر می‌رسد که ماده تاریک از طریق نیروهای هسته‌ای قوی برهمکنش نشان نمی‌دهند، لذا نمی‌تواند هسته بسازد، یا مشاهده نشده که ماده تاریک از طریق نیروی هسته‌ای ضعیف نیز برهمکنشی داشته باشد، کاری که حتی نوترینوها هم انجام می‌دهند. و به نظر هم نمی رسد با نیروی الکترومغناطیسی نیز برهمکنش داشته باشند از این رو مولکول هم نمی سازند و به صورت گلوله‌های چگال ماده‌ی تاریک متراکم نمی شوند. نور را هم جذب، گسیل، منعکس یا متفرق نمی کند. به طوری که از آغاز می دانستیم، ماده‌ی تاریک گرانش اعمال می کند، که ماده‌ی معمولی هم به آن پاسخ می‌دهد، ولی فقط همین. بعد از این همه سال هیچ واکنش دیگری را در آن کشف نکرده ایم.

 

اختـــر فیزیک برای افراد بــی قرار، ماده تـــاریک

 astrophysics for people in a hurry, c2017

برچسب‌ها: ماده تـــــاریک

ادامه مطلب

   در سال ۱۹۷۶، ورا روبین، ناهنجاری جرمی مشابهی را در خود کهکشان‌های مارپیچی کشف کرد. او با مطالعه‌ی سرعت گردش ستاره‌ها به دور مرکز کهکشان، ابتدا آنچه را انتظار داشت، مشاهده کرد: در داخل دیسک قابل رؤیت هر کهکشان، ستاره‌هایی که از مرکز دورترند، با سرعتی بیشتر از ستاره‌هایی که به مرکز نزدیک‌ترند، حرکت می‌کنند. بین ستاره‌های دورتر از مرکز کهکشان ماده‌ی بیشتری (شامل ستارگان و گاز) قرار دارد، و در نتیجه، آن ها سرعت بالاتری دارند. اما خارج از دیسک نورانی کهکشان، هنوز هم ابرهایی گازی و چند ستاره درخشان دیده می‌شوند. او از این اشیا به عنوان ردیاب میدان گرانش در خارج از بخش های نورانی‌تر کهکشان، که در اینجا دیگر هیچ چیز قابل رویتی به جمع اضافه نمی‌شود، استفاده کرد، و مشاهده کرد که سرعت مداری آن‌ها، که حالا باید در آن ناکجاآباد با افزایش فاصله کاهش پیدا کند، در حقیقت، همچنان بالا باقی می ماند.

 

 

   این حجم‌های عمدتاً خالی فضا _ نواحی دوردست روستایی هر کهکشان _ چندان ماده‌ی مشهودی ندارند که بتواند بالا بودن غیرطبیعی سرعت این ستاره ها را توضیح دهد. او به درستی استدلال کرد که باید نوعی ماده‌ی تاریک در این نواحی دوردست، بسیار فراتر از لبه‌ی قابل رویت هر کهکشان مارپیچی، وجود داشته باشد.به لطف کارهای روبین، اکنون به این مناطق اسرار آمیز، «هاله‌های ماده تاریک» می گوییم.

 

   این مسئله هاله بغل گوش خودمان در همین راه شیری نیز وجود دارد. از کهکشانی به کهکشان دیگر و از یک خوشه کهکشانی و خوشه کهکشانی دیگر، اختلاف بین جرم محاسبه شده از مجموع اشیای قابل رویت و جرم برآورد شده بر اساس کل گرانش از چند برابر تا (در برخی موارد) چند صد برابر متغیر است. در سرتاسر گیتی، متوسط این اختلاف ۶ برابر است: ماده تاریک در کیهان تقریباً ۶ برابر کل ماده قابل مشاهده، گرانش دارد.

 

اختـــر فیزیک برای افراد بــی قرار، ماده تـــاریک

برچسب‌ها: ماده تاریک

ادامه مطلب

   قوانین گرانش در درون منظومه ی شمسی به خوبی عمل می‌کنند. نیوتون نشان داد که می توانید سرعت یکتایی را محاسبه کنید که یک سیاره باید داشته باشد تا در مدار پایداری در فاصله ی مشخص از خورشید گردش کند، بدون آنکه به طرف خورشید نزول کند یا به مدار دورتری برود.

 

معلوم شده است که اگر سرعت مداری زمین بیش از جذر دو (...1/4142) برابر مقدار فعلی آن افزایش یابد، سیاره ی ما به «سرعت گریز» می‌رسد، و برای همیشه از منظومه ی شمسی خارج می شود. همین استدلال را برای سامانه های بسیار بزرگ تر نیز می توان به کار برد، مانند همین کهکشان راه شیری، که در آن ستاره ها تحت تاثیر گرانش از تمام ستاره های دیگر، در مدارهایی حرکت می‌کنند؛ و یا برای خوشه های کهکشانی، که باز در آن ها کهکشان ها تحت تاثیر گرانش تمام کهکشان های دیگر هستند. 

 

اعتبار ویدئو: skypix

 

   وقتی که خوشه ی گیسو را بررسی می کنیم، همانطور که Fritz Zwicky در دهه ی ۱۹۳۰ بررسی کرد، مشاهده می‌کنیم که کهکشان‌های آن همگی با سرعتی بسیار بالاتر از سرعت گریز آن خوشه حرکت می‌کنند. این خوشه باید خیلی زود از هم می پاشید، به طوری که بعد از گذشت چند صد میلیون سال، اثری از آرایش کندووار آن باقی نمی ماند. ولی این خوشه بیش از ۱۰ میلیارد سال عمر دارد که تقریباً به اندازه ی سن خود گیتی است. و بدین گونه، دیرپاترین راز حل نشده ی اخترفیزیک متولد شد.

 

   در طول چندین دهه بعد از کار Fritz Zwicky، خوشه‌های کهکشانی دیگر نیز همین مسئله را نشان دادند، از این رو، این مسئله تقصیر خوشه گیسو نیست. گرانش عظیم خوشه های کهکشانی به هرحال آنقدر بالا نیست که مستلزم انتقاد کامل از نظریه ی نسبیت عام باشد در زمانی که Zwicky تحقیقاتش را انجام می‌داد، دو دهه بیشتر از آن نگذشته بود. شاید «جرم گم شده» که برای پیوند دادن کهکشان‌های خوشه گیسو لازم است، واقعاً وجود دارد، ولی به شکلی نامرئی که هنوز ناشناخته است. امروزه اصطلاح «ماده تاریک» را پذیرفته‌ایم که بدان معنا نیست که چیزی گم شده است، ولی با این وجود، متضمن آن است که نوعی ماده باید وجود داشته باشد که هنوز کشف نشده است.

 

 اختـــر فیزیک برای افراد بــی قرار، ماده تـــاریک

برچسب‌ها: ماده تـــــاریک

ادامه مطلب

   گرانــــش، که در میان نیروهای طبیعت از همه آشناتر است، بهترین و ناشناخته ترین پدیده های طبیعت را پدید می آورد. تأثیر اسرارآمیز گرانش، یعنی «عمل از فاصله دور»، ناشی از اثرات طبیعی تک تک ذرات ماده است، و این که نیروی جاذبه بین هر دو شیء را می توان با یک معادله جبری ساده توصیف کرد. تأثیر گرانش از راه دور را با خمش بافتار فضا-زمان، که بر اثر هر گونه ترکیب ماده و انرژی ایجاد می شود، بهتر می توان توصیف کرد. مثلاً؛ برای اینکه بتوانیم پیش بینی کنیم که پرتوهای نور هنگام عبور از کنار یک شیء پرجرم، چقدر خمیده می شوند.

 

   اکنون نزدیک یک قرن است که منتظر کسی هستیم که به ما بگوید چرا عمده نیروی گرانشی که در گیتی اندازه‌گیری کرده‌ایم - حدود ۸۵ درصد آن - از اجسامی حاصل می‌شود که با ماده یا انرژی «ما» برهم کنش نمی‌کنند. یا شاید هم این گرانش اضافی اصلاً از ماده یا انرژی نمی آید، بلکه از یک چیز مفهومی دیگر سرچشمه می‌گیرند. به هرحال اساساً در این مورد هیچ چیز نمی دانیم.

 

اعتبار تصویر: apod.nasa

 

   از ســـال ۱۹۳۷ که اختر فیزیکدان Fritz Zwicky نخستین بار این مسئله ی «جرم گم شده» را به طور کامل تجزیه و تحلیل کرد، تا به امروز به جواب آن نزدیکتر نشده ایم. Zwicky حرکت هر کدام از کهکشان ها را در خوشه ی بزرگی مطالعه می کرد که بسیار دورتر از ستاره های محلی راه شیری قرار داشته و صورت فلکی گیسو را پدید می آورند. این مجموعه، که به آن خوشه گیسو می‌گوییم، مجموعه ای جدا افتاده و پرجمعیت از کهکشان ها به فاصله حدود ۳۰۰ میلیون سال نوری از زمین است. هزار کهکشان آن به دور مرکز کهکشان می گردند و مانند زنبورهایی که در کندو پرواز می کنند، به تمام جهات حرکت می‌کنند. Zwicky با بررسی حرکت ده‌ها کهکشان بر اساس میدان گرانشی که این خوشه ها را به یکدیگر پیوند می دهد، کشف کرد که سرعت متوسط آنها به طور حیرت انگیزی مقدار بالایی دارد. از آنجا که میدان های گرانشی بزرگتر سرعت های بالاتری را در اشیایی که جذب می‌کنند، القا می‌کنند، او استنباط کرد که خوشه ی گیسو باید حجم عظیمی داشته باشد. برای وارسی درستی این برآورد، می توانید جرم هر کدام از کهکشان های عضو را که می‌بینید، با هم جمع کنید. و با آنکه گیسو در میان بزرگترین و پرجمعیت‌ترین خوشه ها در گیتی است، ولی کهکشان های قابل رؤیت آن به اندازه ای نیستند که پاسخگوی چنان سرعتی باشند که او اندازه‌گیری کرده است.

 

 اختـــر فیزیک برای افراد بی قرار، ماده تاریک

برچسب‌ها: ماده تـــــاریک

ادامه مطلب

اعتبار تصویر: nasa

 

پژوهشکده نجوم، سمینار هفتگی

این سمینار روز چهارشنبه 5 آذر ماه ساعت 13:30-15 به صورت آنلاین برگزار می شود.

سخنران: احسان ابراهیمی

دانشگاه صنعتی شریف

IPM

برچسب‌ها: سمینار

ادامه مطلب

  « تا آسمان تنها یک نگاه فاصله داریم!...»

  شروع فعاليت انجمن نجوم لیرا از سال 1388ه .ش آغاز گرديد. از اهداف اصلی اين انجمن انجام تحقيقات علمی با رعايت استانداردهای علمی، مشاركت اعضاء در المپيادها، ارائه ی مقالات به جشنواره های كشوری و بين المللی و توليد داده های علمی در زمينه ی نجوم و اختر فيزيک می باشد.

  از جمله فعاليت های مهم اين انجمن ترويج علم نجوم در ميان جوامع، افزايش سطح علمی دانش پژوهان، انجام فعاليت های تحقيقاتی پژوهشی، فعاليت های اينترنتی و برگزاری شب های رصدی مقارن با رخداد های مهم هرماه.

سرپرست انجمن: خانم راضیه علی اکبری.