ستارهشناسها در هفتهی گذشته دو بار خبر ساز شدند، برای یک خبر کماهمیت و یک خبر پراهمیت. خبر کماهمیت حذف
پلوتون (Pluto) از فهرست سیارههای منظومهی خورشیدی بود. به نظر من این خبر همان قدر مهم بود که خبر تغییر نام شیرینی دانمارکی به شیرینی گل محمدی.
اما خبر مهم پیدا شدن شواهد محکم برای وجود مادهی تاریک بود. این موضوع در حیطهی رشتهی من نیست ولی چون خودم علاقهمند هستم و از خواندن خبرهایش لذت میبرم، ترجیح دادم در این لذت با شما شریک شوم. طبیعتن امکان دارد که این نوشته به دلیل کمسوادی من خیلی دقیق نباشد که در آن صورت ممنون میشوم اشکالهایش را گوشزد کنید.
بگذارید اول توضیح بدهم که مادهی تاریک چه هست. چیزی که ما به عنوان مادهی متعارف میشناسیم تنها درصد کمی از کل مادهی موجود در جهان هست. چیزهای مهمتری در جهان وجود دارد که کسی به درستی نمیداند ماهیتشان چیست: مادهی تاریک و انرژی تاریک. انرژی تاریک ۷۰ درصد و مادهی تاریک ۲۵ درصد جرم جهان را تشکیل میدهد. مادهای که ما میشناسیم تنها ۵ درصد جرم جهان است. اما فیزیکپیشهها از کجا به وجود مادهی تاریک پی بردند؟ جواب این است: از روی اثرات گرانشی آن.
میدانید که خیلی از کهکشانها مارپیچی هستند، مثل کهکشان M81 در شکل زیر. بازوهای مارپیچی یک کهکشان ساکن نیستند، بلکه به دور مرکز کهکشان میچرخند. با رصدهای دقیق میشود سرعت چرخش این بازوها را اندازهگیری کرد.

ستارهشناسها در دههی ۶۰ میلادی سرعت چرخش این بازوها را اندازهگیری کردند، ولی نتایج عجیب بود. احساس فیزیکی ما میگوید که گردش این بازوها دور مرکز کهکشان باید چیزی شبیه گردش سیارهها دور خورشید باشد. سیارههای نزدیک مثل زمین سریعتر میچرخند و سیارههای دور مثل نپتون یا پلوتون آرامتر. علت این است که نیروی جاذبه متناسب با عکس مجذور فاصله است. ولی آن چه در عمل دیده شد این بود که سرعت خطی حرکت بازوها تقریبن ثابت و مستقل از فاصله از مرکز کهکشان بود.
شکل بالا این موضوع را نشان میدهد. محور افقی فاصلهی ستاره از مرکز کهکشان و محور عمودی سرعت حرکت ستاره است. منحنی A چیزی هست که ما بر اساس نیروی جاذبهی عکس مجذور فاصله انتظار داریم ولی با کمال تعجب منحنی B در واقعیت دیده میشود. اشکال کار کجاست؟
برای این که منحنی B درست باشد دو راه حل وجود دارد.
- تصحیح قانون جاذبهی نیوتون طوری که دیگر با عکس مجذور فاصله متناسب نباشد.
- در نظر گرفتن جرم اضافی داخل کهکشان طوری که این تفاوت سرعت را توجیه کند.
روش ۱ میگوید که نیروی جاذبه در فواصل بزرگ مثل یک کهکشان دیگر از قوانین نیوتون یا نسبیت آینشتاین پیروی نمیکند. در این روشها با تصحیح قانون جاذبه نتیجهی دلخواه به دست میآید. روش ۲ همان چیزی است که به آن مادهی تاریک میگویند. یعنی جرمی وجود دارد ولی ما نمیدانیم چیست. حالا کشف جدید ستارهشناسها چه هست؟ ستارهشناسها آزمایش انجام دادند که خط بطلانی بر روشهای نوع ۱ میکشد. یعنی به طور یقین چیزی به نام مادهی تاریک وجود دارد و گام بعدی باید کشف این ماده تاریک باشد.
آزمایش ستارهشناسها این بود. آمدند و برخورد دو کهکشان را با تلسکوپ فضایی چاندرا (Chandra) رصد کردند. تلسکوپ چاندرا برخلاف تلسکوپهای معمولی پرتوی X را رصد میکند. با این روش نه تنها میتوان مادهی مرئی، که مادهی نامرئی داخل کهکشان را هم رصد کرد. چرا؟ چون قسمت اعظم جرم یک کهکشان نه در داخل ستارهها که به صورت یک تودهی گازی پراکنده است. هنگام برخورد، این تودههای گازی شتاب زیادی میگیرند و از خود پرتوی X ساتع میکنند. به این ترتیب میشود تخمینی از میزان مادهی متعارف داخل یک کهکشان به دست آورد. رنگ صورتی مادهی متعارف داخل دو کهکشان در حال برخورد را نشان میدهد.

اما یک راه دیگر هم برای اندازهگیری مادهی داخل یک کهکشان وجود دارد و آن خاصیت عدسیگونهی کهکشان است. کهکشان به دلیل جرمی که دارد فضا-زمان را بر اساس تئوری نسبیت عام خم میکند. این خم شدن فضا-زمان باعث میشود که نور کهکشانهای دورتر که از داخل این کهکشان عبور میکند، کمی خم شود. با اندازهگیری دقیق میزان خم شدن نور کهکشانهای دیگر میشود تخمین دیگری از میزان جرم موجود در کهکشان به دست آورد. هالهی آبی چگالی مادهی محاسبه شده بر این اساس است. در واقع این هالهی آبی همان مادهی تاریک است.
نتیجه را به وضوح میبینید. دو تخمین با هم همخوانی ندارند پس باید مادهی اضافیای وجود داشته باشد. چیزی که در این جا اهمیت فوقالعاده دارد اختلاف محل مادهی تاریک و مادهی متعارف است. اگر مشکل از قانون جاذبه بود، احتمالن محاسبهی میزان خمیدگی فضا-زمان غلط میشد ولی امکان نداشت که محل خمیدگی فضا-زمان اشتباه باشد. چیزی که در اینجا اتفاق افتاده این هست که خمیدگی فضا-زمان در جایی رخ داده که اصولن مادهای وجود ندارد. پس مشکل با تصحیح تئوری جاذبه قابل حل نیست.
یک نکته هم در آخر اضافه کنم. این نتایج نشان نمیدهد که تئوری جاذبه به صورت فعلی آن لزومن درست است. چیزی که این نتایج نشان میدهد این است که حتی اگر تئوری جاذبه غلط هم بود بازهم به چیزی به نام مادهی تاریک نیاز داشتیم. پس گام بعدی کیهانشناسها کشف ماهیت این مادهی تاریک است.
منبع: ویکیپدیا
در پایین این صفحهی ویکیپدیا لینکی به مقالهی اصلی هم هست که میتوانید آن را داونلود کنید.