نجوم و کیهان شناسی

تلسکوپ فضایی “جیمز وب” و رمزگشایی از “ماده تاریک”

روزهای بروجرد– تلسکوپ فضایی “جیمز وب” به حل معماهای مهم در مورد ماده تاریک که با وجود اینکه بخش قابل توجهی از جهان هستی را اشغال کرده اما تاکنون مشاهده نشده است، کمک خواهد کرد.

“ماده تاریک” یک شکل مرموز و نامرئی از ماده است که تصور می‌شود حدود ۲۷ درصد از جهان شناخته شده را تشکیل می‌دهد و وزن آن نسبت به ماده مرئی حدود شش برابر بیشتر است. با این حال، با وجود اینکه بخش قابل توجهی از جهان را تشکیل می‌دهد، از زمانی که وجود آن برای اولین بار توسط “فریتز زوئیکی” ستاره‌شناس سوئیسی-آمریکایی در سال ۱۹۳۳ مطرح شد، از درک ما دور مانده است و تا به امروز، ماده تاریک هرگز به طور مستقیم شناسایی نشده است.

ماده تاریک(Dark Matter) گونه‌ای از ماده است که فرضیه وجود آن در اخترشناسی و کیهان‌شناسی ارائه شده ‌است تا پدیده‌هایی را توضیح دهد که به نظر می‌رسد ناشی از وجود میزان خاصی از جرم باشند که از جرم موجود مشاهده ‌شده در جهان بیشتر است. ماده تاریک به ‌طور مستقیم با استفاده از تلسکوپ قابل مشاهده نیست، چرا که ماده تاریک مشخصاً نور یا سایر امواج الکترومغناطیسی را به میزان قابل توجهی جذب یا منتشر نمی‌کند.

به بیان دیگر، ماده تاریک به سادگی ماده‌ای است که واکنشی نسبت به نور نشان نمی‌دهد. در عوض، وجود و ویژگی‌های ماده تاریک را می‌توان به ‌طور غیرمستقیم و از طریق تأثیرات گرانش بر روی ماده مرئی، تابش و ساختار بزرگ مقیاس جهان نتیجه گرفت.

طبق داده‌های موجود و بر اساس مدل استاندارد کیهان‌شناسی، کل جرم-انرژی موجود در جهان شناخته‌شده شامل ۴٫۹ درصد ماده معمولی، ۲۶٫۸ درصد ماده تاریک و ۶۸٫۳ درصد انرژی تاریک تشکیل شده‌ است. یعنی ماده تاریک حدود ۲۷ درصد از کل ماده موجود در جهان را تشکیل می‌دهد و انرژی تاریک و ماده تاریک روی هم رفته ۹۵٫۱ درصد از کل محتویات جهان را تشکیل می‌دهند.

اخترفیزیکدانان فرضیه ماده تاریک را مطرح نمودند تا اختلاف میان جرم محاسبه‌ شده برای اجرام غول‌پیکر آسمانی توسط دو روش استفاده از تأثیرات گرانشی آنها یا استفاده از مواد درخشان درون آن‌ها(ستارگان، گاز، غبار) را توضیح دهند.

این فرضیه نخستین بار توسط “یان اورت” در سال ۱۹۳۲ برای توضیح سرعت‌های مداری ستارگان در کهکشان راه شیری و توسط “فریتز زوئیکی” در سال ۱۹۳۳ برای توضیح شواهد مربوط به «جرم گمشده» در سرعت‌های مداری کهکشان‌ها در خوشه‌های کهکشانی مطرح گردید.

در پی آن بسیاری از مشاهدات دیگر نیز مطرح گشت که دلالت بر وجود ماده تاریک در جهان داشتند. از جمله این مشاهدات می‌توان به مشاهده سرعت‌های چرخشی کهکشان‌ها توسط “ورا روبین” در دهه‌های ۱۹۶۰–۱۹۷۰، همگرایی گرانشی اجسام پس‌زمینه توسط خوشه‌های کهکشانی همچون “خوشه گلوله” و الگوهای ناهمسانگردی دما در تابش زمینه کیهانی اشاره نمود.

کیهان‌شناسان توافق نظر دارند که ماده تاریک عمدتاً از نوعی ذره زیراتمی ناشناخته تشکیل شده ‌است. جستجو برای یافتن این ذره با استفاده از وسایل گوناگون یکی از تلاش‌های اصلی فیزیک ذرات بنیادی است.


در حالی که تلسکوپ فضایی “جیمز وب” نمی‌تواند مستقیماً ماده تاریک را ببیند، دانشمندان فکر می‌کنند که با اندازه‌گیری تأثیراتی که بر محیط اطراف خود می‌گذارد، می‌تواند به برخی از سؤالات اصلی در مورد ماده تاریک پاسخ دهد. این کار به نوبه خود، دانش ما را از جهان به طور کلی ارتقا می‌دهد.

دانشمندان دقیقاً نمی‌دانند ماده تاریک از چه چیزی ساخته شده است و هنوز در حال یافتن راهی برای تشخیص مستقیم آن هستند. در حال حاضر، دانشمندان در حال توسعه چنین روش‌هایی با آزمایش‌هایی در “برخورد دهنده بزرگ هادرونی”(LHC) واقع در “سرن” سازمان اروپایی تحقیقات هسته‌ای هستند. برخلاف این آزمایش‌ها، “جیمز وب” نمی‌تواند مستقیماً ماده تاریک را تشخیص دهد، اما می‌تواند اثرات آن را بر روی ماده معمولی و قابل مشاهده مطالعه کند.

“کلاوس پونتوپیدان” دانشمند موسسه علمی تلسکوپ فضایی در یک کنفرانس خبری در ماه مه گفت: وقتی ماده تاریک را رصد می‌کنید، باید همیشه به شکل استدلالی به آن نگاه کنید، زیرا نمی‌توانید آن را مستقیما ببینید. اما در عین حال، “وب” این توانایی را دارد که سعی کند به روش‌های جدید و با نگاه کردن به دینامیک کهکشان‌ها به معرفتی از ماده تاریک دست یابد.

به عنوان مثال، ستاره‌شناسان می‌توانند به عنوان یک روش غیرمستقیم برای تشخیص ماده تاریک، از فناوری‌های موجود برای اندازه‌گیری جرم ستاره‌ها و کهکشان‌ها استفاده کنند. برخی از شواهد اصلی در مورد وجود ماده تاریک این است که بسیاری از کهکشان‌ها نمی‌توانند بدون مقدار زیادی جرم نامرئی وجود داشته باشند و حرکت کنند.

تلسکوپ “جیمز وب” برای کمک به اخترشناسان در یافتن دقیق‌تر ماده تاریک، تصاویر بسیار واضحی می‌گیرد که در آن محققان می‌توانند اختلالات ناشی از همگرایی‌های گرانشی را مشاهده کنند و آنها را به جایی که جرم نامرئی در کمین است، برساند. همگرایی گرانشی پدیده‌ای است که توسط نظریه نسبیت عام “اینشتین” توصیف شده است. با این پدیده، هنگامی که یک پرتو نور از یک جرم بزرگ عبور می‌کند، کمی منحرف می‌شود، زیرا بافت فضا-زمان کمی توسط جرم منحنی می‌شود.

همگرایی گرانشی هنگامی روی می‌دهد که نورِ یک چشمه درخشان بسیار دور(مانند یک اختروش) در مسیرش تا رصدگر، از کنار جسم پرجرم دیگری(مانند یک خوشه کهکشانی) بگذرد و مسیرش خمیده شود. جسم میانی، عدسی گرانشی نامیده می‌شود. این پدیده یکی از پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام “اینشتین” است.

براساس نسبیت عام، جرم می‌تواند فضا-زمان را خمیده کند و در نتیجه یک میدان گرانشی بسازد که می‌تواند نور را منحرف کند. این پدیده را نخستین بار “آرتور ادینگتون” در سال ۱۹۱۹ در جریان یک خورشیدگرفتگی آزمود که در آن نور ستاره‌ای که از نزدیک خورشید می‌گذشت، کمی خم شده و در نتیجه مکان ظاهری ستاره کمی جابه‌جا شد.

تلسکوپ فضایی “جیمز وب” در تصویربرداری از کهکشان‌های دور می‌تواند این توده‌ها را پیدا و تعیین کند چه چیزی مفقود و نادیده مانده است یا قابل مشاهده نیست که احتمالاً همان ماده تاریک خواهد بود.

“وب” به ویژه برای این نوع اندازه‌گیری مناسب خواهد بود، زیرا تصاویر بسیار واضح آن امکان اندازه‌گیری اختلالات بسیار کوچک را فراهم می‌کند و به دلیل اینکه می‌تواند در اعماق فضا نظر کند، به کهکشان‌های پس‌زمینه بیشتری برای اندازه‌گیری اختلالات ایجاد شده دسترسی خواهد داشت.

به گفته ناسا همچنین “وب” آمارهای زیادی از تکامل کهکشان‌ها بدست خواهد آورد و دانشمندان می‌توانند این مشاهدات را با نظریه‌ها در مورد نقش ماده تاریک در آن فرآیند مقایسه کنند و به درک مقدار و ماهیت ماده تاریک در کهکشان‌ها برسند.

تلسکوپ فضایی “جیمز وب” به گونه‌ای طراحی شده است که دوردست‌هایی را در فضا که ما تاکنون قادر به دیدن آنها نبوده‌ایم، ببیند. “وب” با انجام این مشاهدات در اعماق فضا قادر خواهد بود آغازهای اولیه جهان و کهکشان‌های آن و نقشی که ماده تاریک ممکن است در تکامل آنها داشته باشد را مطالعه کند.

دانشمندان به کار برای درک زمان شکل‌گیری کهکشان‌های نخستین در کیهان ادامه می‌دهند. فرآیندهای درگیر در این شکل‌گیری توسط مدل‌های تکامل ماده تاریک پیگیری می‌شوند و پارامترهای مختلفی در زمان‌های مختلف بر روی اولین کهکشان‌ها سنجیده می‌شود.

دانشمندان می‌گویند “وب” می‌تواند برای اندازه‌گیری برخی از پارامترهای اساسی اولین کهکشان‌ها در جهان استفاده شود و به ما امکان می‌دهد درخشندگی، توزیع جرم و بسیاری موارد دیگر را در آنها درک کنیم.

تلسکوپ فضایی “جیمز وب” شنبه ۲۵ دسامبر ۲۰۲۱ (۴ دی) سوار بر موشک “آریان ۵” از بندر فضایی آژانس فضایی اروپا واقع در گویان فرانسه به فضا پرتاب شد و سفر رویایی خود را آغاز کرد.

 

منبع: www.space.com

ترجمه: افق رویداد

 

تگ ها

مقالات مشابه

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

Close