ماده تاريك و انرژی تاريك

جهان تاریک

جهان از چیزهایی بسیار بیشتر از ستاره‌ها و کهکشان‌های شناخته شده، تشکیل شده است.

در دهه‌های اخیر ستاره‌شناسان فهمیده‌اند که جهان از چیزهایی بسیار بیشتر از ستاره‌ها و کهکشان‌های شناخته شده، تشکیل شده است. یافته‌های اخیر نشان می دهد که در واقع 95 درصد از جهانِ دائما منبسط شونده، از دو جز کاملاً ناشناخته ساخته شده است: ماده تاريك و انرژی تاريك.

مادة معمولی از اتم هایی ساخته شده که سیاره ها، ستاره‌ها و کهکشان‌ها را شکل می‌دهند. این ماده نزد ستاره شناسان با نام "ماده‌ی باریونیک" شناخته می‌شود و کمتر از 5 درصد جهان از آن ساخته شده است. جزء بعدی سازندة جهان نیز شکلی از ماده است که با نام "مادۀ تاريك" شناخته می‌شود، زیرا هیچ نوری ساطع نمی‌کند و ما نمی دانیم از چه چیزی تشکیل شده است. 72 درصد باقیماندة جهان ماده نیست، بلکه "انرژی تاريك" است که ماهیت آن ناشناخته مانده است.
این ایده که جهان شامل مادة عجیب و نامعلومی است، نخستین بار در 1933 مطرح شد. فریتزوئيکی، ستاره‌شناس سوییسی که مشغول مطالعه بر روی خوشه‌های کهکشانی کُما (Coma) بود، به این نتیجه رسید که جرم هر کهکشان به مراتب از آن‌چه به وسیلۀ محتویات ستاره ای آن استنباط می‌شد، بیشتر است.

 

شاهدی برای ماده تاريك
طی دهة 1970 وِرا روبین کشف کرد که ستارگانی که در بخش بیرونی یک کهکشان مارپیچ دور می زنند، با همان سرعتِ ستارگان نزدیک به مرکز حرکت می‌کنند. این یافته با قوانین جاذبۀ نیوتن در تضاد بود و به این نکته اشاره داشت که هر کهکشان هاله‌ای از ماده‌ای نامرئی دارد که نیروی گرانشی آن بر ستارگان خارجی اثر می گذارد. در 1970 روبین نشان داد این امر در مورد کهکشان آندرومدا صحیح است. تا 1985 او 60 کهکشان مارپیچ را بررسی کرده بود و به این نتیجه رسیده بود که این پدیده‌ای عمومی است.
فیزیکدان‌ها فکر می‌کنند که مادۀ تاريك ممکن است شکلی از ذرات بنیادین باشد. اسم پیشنهادی براي آن «WIMP» است؛‌ يعني ذرۀ سنگين با تعامل ضعيف. ویمپ‌ها می‌توانند از میان مادۀ عادی بگذرند و امید می‌رود که هر از گاهی که یک ویمپ با هستۀ یک اتم برخورد می‌کند، فیزیکدان‌ها بتوانند به برگشت آن پی ببرند. پرتوهای عادی کیهانی اثرات مشابهی تولید می‌کنند، بنابراین آزمایش هايي که در جستجوی ویمپ‌ها هستند، در معدن‌هایی که حداقل یک کیلومتر زیر سطح زمین هستند، انجام می‌شدند. هیچ ویمپی تا کنون پیدا نشده است.
در دهة 1990 ستاره شناسان پذیرفتند که به خاطر تاثیر جاذبه، جهان با سرعتی رو به کاهش منبسط می‌شود.
 اما رصد ابر نواخترانی در کهکشان‌های دور این ایده را رد کرد. آن‌ها کم نورتر و بنابراین دورتر از حالتی بودند که در صورت انبساط جهان با سرعتی رو به کاهش، رخ می‌داد و این نشان می‌داد که سرعت انبساط جهان در واقع رو به افزایش است.

 

تاثیر انرژی تاريك
مشاهدات جدیدتر این نظریه را تایید کرده است. به نظر می‌رسد جاذبة گرانشی که باید سرعت انبساط را کاهش می‌داده، مغلوب یک رانش شده است، نوعی "ضد گرانش". مشاهدات موشکافانۀ ابرنواختران نشان می‌دهد که سرعت جهان تا حدود 6-5 میلیارد سال گذشته رو به کاهش بوده اما بعدا این کاهشِ سرعت به طریقی جای خود را به افزایش سرعت داده است. گمان می رود که چگالی ماده در جهان جوان ابتدا به قدری زیاد بوده که باعث غلبة جاذبه می‌شده اما با نازک شدن ماده، تاثیر رانشی غالب شده است. این اثر به ماده ناشناخته‌ای که نسبتا به طور یکنواخت در فضا توزیع شده و امروزه با نام "انرژی تاريك" خوانده می‌شود، نسبت داده شده است.

در جستجوی مادة تاريك  
قوی ترین تلسکوپ های دنیا همگی در بازه‌ای از زمان، بخشی از برنامۀ جستجوی مادۀ تاريك بوده‌اند. بررسی‌های انجام شده توسط تلسکوپ بنیاد اسلون در نیومکزیکو، به اثبات وجود انرژی تاريك کمک کرده است.

 

توزیع مادة تاريك  
شبيه سازي كامپيوتري که توسط گروهي بین المللی از ستاره شناسان در 2005 ایجاد شده، توزیع وسیع مادة تاريك در جهان را نشان می‌دهد. این الگو شبیه الگوی تولید شده توسط توزیع وسیع نور رسيده از کهکشان هاست.

 

  تركيب مواد سازندة جهان
داده‌های جمع آوری شده توسط كاوشگر ناهمسانگرد مايكرو ويوي ويلكينسون (WMAP) پیشنهاد می‌کند که اتم ها –جز اصلی سازندة ستاره‌ها و سیارات- تنها درصد کوچکی از جهان را می سازند.

 

  لنزینگ گرانشی درعمل
شكل هاي کمان مانند در این تصویر از خوشه کهکشان آبل 2218 قابل رویت است. آن‌ها نتیجة لنزینگ گرانشی و تصاویری اعوجاج یافته از کهکشان‌هایی هستند که 5 تا 10 برابر از این خوشه دورتر هستند.