شعار سال: دانشمندان ممکن است روش جدیدی برای اندازه‌گیری توزیع ماده تاریک در جهان پیدا کرده باشند. فیزیکدانان در یافته‌ای غافلگیرکننده در حین نقشه‌برداری انرژی تاریک، خبر یافتن روش جدیدی را در مورد یافتن ماده تاریک از طریق نور اعلام کرده‌اند.

 

یوانویان ژانگ (Yuanyuan Zhang) فیزیکدان مؤسسه اخترفیزیک کاولی و آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده فرمی که این مطالعات را هدایت می‌کند می‌گوید: «بحث اندازه‌گیری نور بین-کهکشانی به خودیِ خود بسیار هیجان‌انگیز بود، اما این قسمتِ پیدا کردنِ ماده تاریک را می‌توان به عنوان یک جایزه تلقی کرد!»

ماده تاریک!

این مطالعه براساس نور بین-کهکشانی که نوعی نور ضعیف در داخل خوشه‌های کهکشان است انجام گرفته است. دانشمندان فکر می‌کنند این نور ممکن است راهی جدید را برای اندازه‌گیری ماده تاریک فراهم کند. ماده تاریک نوعی ماده مرموز است که برای تلسکوپ‌های عادی نامرئی است، اما اعتقاد بر این است که اکثر قریب به اتفاق مواد موجود در جهان را تشکیل می‌دهد. این پرسش که ماده تاریک از چه تشکیل شده است به عنوان یکی از راز‌های اصلی کیهان‌شناسی مدرن شناخته می‌شود.

 

                  

اخترفیزیک‌دانان نظریه ماده تاریک را مطرح کردند تا پدیده‌هایی که ناشی از وجود مقدار جرمی توضیح‌ناپذیر در جهان رخ می‌دهد را توجیه کنند. ماده تاریک به طور مستقیم با استفاده از تلسکوپ قابل مشاهده نیست، زیرا نور یا سایر امواج الکترومغناطیسی را جذب یا منتشر نمی‌کند. به بیان دیگر این ماده واکنشی در برابر نور نشان نمی‌دهد.

وی خاطرنشان کرد که آن‌ها به لطف حجم عظیمی از داده‌های نقشه‌برداری‌شده توانستند نوعی همبستگی در داده‌ها پیدا کنند. دانشمندان از زمان مشاهدات سال ۲۰۱۹، از طریق جمع‌آوری اطلاعات به دنبال الگو بوده‌اند.

کشفی غافلگیرکننده

این تیم تحقیقاتی در ابتدا تمرکز خود را بر روی اندازه‌گیری نور بین-کهکشانی معطوف کرده بودند. مدت‌هاست این ظن وجود دارد که نور بین-کهکشانی از اجزای قابل توجه خوشه‌های کهکشان به شمار می‌آید، اما ضعیف بودن آن اندازه‌گیری‌اش را دشوار ساخته بود. هیچ کس نمی‌داند مقدار آن چقدر است و یا تا چه حد از دامنه خوشه‌های کهکشانی گسترش یافته است. به نظر می‌رسد منبع آن ستاره بین‌کهکشانی باشند، ستاره‌هایی که از نظر گرانشی به هیچ کهکشانی وصل نیستند.

بیشتر اخترفیزیکدانان نور را از مرکز یک خوشه کهکشانی اندازه‌گیری می‌کنند، نقطه‌ای که درخشان‌ترین و فراوان‌ترین بخش آن تلقی می‌شود. ژانگ می‌گوید: «ما از مرکز خوشه‌های کهکشان بسیار دور شدیم، جایی که نور واقعاً کم بود.»

مشاهدات حاکی از آن بود که نور درون خوشه هم‌جرم کل یک خوشه کهکشان بود. این بدان معناست که نور احتمالاً توزیع ماده تاریک را در آن ناحیه منعکس کرده است. ماده تاریک بیشتر مواد موجود در جهان را تشکیل می‌دهد، اما برای تلسکوپ‌ها قابل مشاهده نیست، بنابراین دانشمندان فقط می‌دانند که تفاوت آن با ماده طبیعی متشکل از پروتون‌ها، نوترون‌ها و الکترون‌های حاکم بر زندگی روزمره ما بسیار زیاد است.

ما فقط به دلیل تأثیرات گرانشی روی چیز‌هایی که می‌توانیم ببینیم مانند ستاره‌ها و کهکشان‌ها وجود این ماده را شناسایی کرده‌ایم.

 

مقایسه نتایج با شبیه‌سازی‌ها

این تیم از روشی به نام عدسی گرانشی ضعیف (weak gravitational lensing)، برای نقشه‌برداری از یک خوشه کهکشان (از جمله ماده تاریک آن) استفاده کردند. سپس این نتایج را با توزیع شعاعی نور از مرکز یک خوشه کهکشان به معنی شکل تغییرات در هنگام دور شدن مقایسه کردند.

ژانگ می‌گوید: «ما توانستیم مشاهده کنیم که نور درون کهکشان به عنوان یک ردیاب شعاعی خوب ماده تاریک عمل می‌کند. این بدان معناست که در مواردی که نور درون خوشه نسبتاً روشن است، ماده تاریک نیز به طور نسبتاً متراکمی آنجا است.»

نویسنده اصلی این مقاله می‌گوید: «ما انتظار نداشتیم که چنین ارتباط تنگاتنگی بین این توزیع‌های شعاعی پیدا کنیم، اما چنین اتفاقی رخ داد!»

این تیم به منظور بینش بهتر نسبت به مسئله، با استفاده از یک شبیه‌سازی کامپیوتری پیچیده، رابطه بین نور کهکشان و ماده تاریک را مطالعه کرد. آن‌ها دریافتند که مشخصات شعاعی بین دو پدیده در شبیه‌سازی با داده‌های مشاهده‌ای مطابقت ندارد. کسی انتظار نداشت مشخصات شعاعی نور به درد ردیابی ماده تاریک بخورد.

تیم تحقیقاتی برای ضبط تصویری بزرگ‌تر و کاهش نویز، از نظر آماری در مطالعه اول حدود ۳۰۰ خوشه کهکشان و در مطالعه بعدی بیش از ۵۰۰ خوشه کهکشانی را به طور متوسط ​​مورد بررسی قرار داده است. فاصله همه آن‌ها از زمین دو میلیارد سال نوری است. شبیه‌سازی سیگنال از نویز هر خوشه، به داده‌های زیادی نیاز دارد و خوشبختانه این دقیقاً همان چیزی بود که پروژه نقشه‌برداری انرژی تاریک تولید می‌کند. این پروژه با همکاری بیش از ۳۰۰ دانشمند از ۲۵ مؤسسه در شش کشور جهان انجام گرفته است.

شعار سال، با اندکی تلخیص و اضافات برگرفته از خبرگزاری آنا، تاریخ انتشار ۹ اسفند ۱۳۹۹، کد خبر: ۵۶۶۲۳۴، ana.press.