هویت ماده تاریک

[هلیا]

ماده تاریک

وجود مادهٔ تاریک می*تواند برخی از مشاهدات غیرعادی نجومی را توضیح دهد؛ مثلاً رفتارهای غیرعادی در سرعت چرخشی کهکشان*ها

و برخی از تضادهایی که در نظریهٔ مهبانگ وجود دارد.

سرعت چرخشی ستاره*ها در کهکشان*ها، از رابطه*ای که از قوانین کپلر انتظار داریم پیروی نمی کند و برحسب فاصله از مرکز کهکشان

ثابت است. برای توضیح این پدیده باید توزیع جرم در کهکشان به طور خطی با شعاع زیاد شود، اما این توضیح با مشاهدهٔ کهکشان*ها

در قسمت مرئی که نشان می*دهد بیشتر جرم در ناحیه مرکزی متراکم شده است، ناسازگار است. بنابراین فرض می*شود که این جرم

نایافته از مادهٔ تاریک (که آن را نمی*بینیم) ساخته شده باشد.

پیش*بینی*های موجود دربارهٔ سرشت مادهٔ تاریک را می*توان به دو گروه تقسیم کرد:

۱ اشیاء هاله*ای پر جرم و متراکم شامل سیاهچاله*ها، ستارگان نوترونی، کوتوله*های سفید سوخته و یا کوتوله*های قهوه*ای.

۲ ذرات پرجرم با برهم*کنش ضعیف شامل نوترینوها، تک*قطبی*های مغناطیسی، و سایر ذرات بنیادی خارق*العاده که هنوز بر روی

زمین مشاهده نشده*اند.

انرژی تاریک

حدود 200 میلیارد کهکشان که هر کدام دارای تقریباً 200 میلیارد ستاره است به*وسیله تلسکوپها قابل تشخیص است. اما این تعداد فقط

4 درصد از محل گیتی را تشکیل می*دهد. حدود 73 درصد از جهان از ماده دیگری ساخته شده است که «انرژی تاریک» (dark matter)

نامیده می*شود. هیچ کس نمی*داند که ماهیت این ماده ناشناخته چیست، اما مقدار این نوع ماده از تمام اتمهای موجود در تمام

ستارگان موجود در کل کهکشانهای قابل شناسایی گستره فضا بسیار بیشتر است.

به نظر می*رسد این نیروی عجیب ، اجزای جهان را با سرعت فزاینده*ای از یکدیگر دور می*کند، در حالی که نیروی گرانش با این نیرو

مقابله کرده و از سرعت این گسترش می*کاهد. این اکتشاف ها به*وسیله رصدخانه مداری که کاوشگر ناهمسان گرد ریز موج ویلکینسون

(WMAP) نامیده می*شود، انجام شده است. این کاوشگر افت و خیزهای ناچیز موجود در پرتوهای ریز موج پس زمینه کیهانی را اندازه

می*گیرد که در اثر پژواکهای میرای انفجار بزرگ بوجود آمده است .این یافته*ها به مشاجرات فراوانی که در مورد جهان ، عمر جهان ،

سرعت انبساط آن و ترکیب آن جریان داشت پایان داد. با استفاده از نتایج دو تحقیق ذکر شده ، اخترشناسان امروز بر این باورند که

سن جهان ۷/۱۳ میلیارد سال با تقریب چند صد هزار سال است. بر اساس اطلاعات موجود ، جهان با سرعت شگفت آور 71 کیلومتر در

ثانیه در مگا پارسک در حال انبساط است. (پارسک یک واحد اخترشناسی است و تقریباً برابر ۲۶/۳ میلیون سال نوری است).

به نظر می*رسد که چیزی در فضا نهفته است و همانند نوعی نیروی ضد گرانشی عمل می*کند.* این نیرو باعث می*شود که بجای آنکه

جهان متراکم شود و اجزای آن به یکدیگر نزدیک شود، انبساط می*یابد. از حدود بیست سال پیش حدس می*زنند که در جهان ماده تاریک

وجود دارد، چرا که در آن زمان دریافتند که جهان به گونه*ای عمل می*کند که انگار بسیار سنگینتر از چیزی است که واقعا به نظر می*رسد.

دانشمندان برای توجیه پدیده مشاهده شده همه احتمالات ممکن را در نظر گرفتند از جمله وجود سیاهچاله*ها ، کوتوله*های قهوه*ای و

ذرات غیرقابل شناسایی که از نظر ماهیت با انواع معمولی اتمها تفاوت دارند. اما هیچ کدام از آنها نتوانست جرم بسیار زیاد مشاهده

شده را توجیه کند.

آغاز داستان انرژی تاریک داستان انرژی تاریک از سال 1998 آغاز شد. در آن زمان دانشمندان دریافتند که بسیاری از کهکشانهای دور

دست با سرعتی بسیار بیشتر از آنچه که محاسبات موجود پیش بینی کرده*اند، از یکدیگر دور می*شوند. تحقیقاتی که روی انواع ویژه*ای

از ابر نواخترها (Supernova) انجام شد، بیانگر آن بود که محاسبات انجام شده اشتباهی نداشت، به عبارت دیگر محاسبات دقیقا نشان

دهنده آن بود که سرعت انبساط جهان لحظه به لحظه در حال افزایش است و از سرعت این انبساط کاسته نمی*شود.

به نظر می*رسد کشف بعضی از انواع نیروهای غیرمنتظره غیرقابل شناسایی که باعث می*شوند ساختار فضا بطور مرتب از یکدیگر فاصله

گرفته و از هم دور شوند، موءید مشاهدات هالدین (JBS Haldane) دانشمند انگلیسی است که سالها پیش صورت گرفته است. وی

می*گوید: «جهان عجیبتر از چیزی است که فکر می*کنیم، جهان حتی عجیبتر از چیزی است که بتوان فکرش را کرد.»

یک بار دیگر پرسشهای اساسی بسیاری در مورد ماهیت جهان مطرح شده است: ماهیت فضا ، زمان ، انرژی و ماده چیست؟ اکنون یک

بار دیگر زمان آن فرا رسیده است که نظریه پردازان تفسیری بر این مشاهدات ارائه دهند و در مرحله بعد آزمایشاتی را طراحی کنند که

موید نظریه*های آنان باشد.

بنابراین دانشمندان یکبار دیگر توجه خود را معطوف همان پدیده*ای کرده*اند که برای اولین بار شاهدی بر انفجار بزرگ (Big Bang)

محسوب می*شد، یعنی تابش پس زمینه ریز موج کیهانی. این تابشها اولین پرتوهای پس از تولد جهان محسوب می*شوند. دانشمندان

در صدد هستند که با انجام آزمایشهای متعددی در چند رشته مختلف از جمله آزمایشهای صورت گرفته در جنوبگان و استفاده از بالونهای

در ارتفاعهای بسیار بالا، تصویر دقیقتری از کیهان بدست آورند. به نظر می رسد جهان باید شامل چیز دیگری به غیر از این اتمهای

معمولی باشد و به همین دلیل ماده تاریک برای آنان انتخاب شد. ماده تاریک بطور یکنواخت در تمام جهان پراکنده شده و در فضاهای

خالی مخفی شده است. ماهیت ماده تاریک هنوز بصورت یک راز است.

كشف نشانه*هايي از كهكشان*هاي گمشده پنهان در حومه «راه شيري»

محققان اخيرا موفق به شناسايي چندين جسم كيهاني شده*اند كه احتمال مي*دهند كهكشان*هاي كوتوله گمشده*اي باشند كه در

نظريه ماده تاريك پيش*بيني شده اما از منظر ديد پنهان هستند.

به گفته دانشمندان يك كره گازي نويدبخش خاص مي*تواند نشانه اي از يك قمر گمشده در كهكشان راه شيري باشد.

نظريه ماده تاريك كه در مورد تشكيل جهان از مواد غيرقابل مشاهده*اي كه تنها از طريق گرانش با ماده عادي تعامل دارد، چنين پيش*بيني

كرده كه هزاران توده ريز ماده تاريك بايد در اطراف كهكشان راه شيري و همسايه آن، آندروما وجود داشته باشد. بيشتر اين توده*ها بايد

گاز را از ستارگاني كه در نور مرئي مي*درخشند، جذب كرده باشند.

با اين حال از ميان هزاران كهكشان كوتوله پيش*بيني شده، تنها 60 مورد شناسايي شده كه از ميان آنها، نيمي به تازگي كشف

شده*اند. اين اجسام در پي بررسي دقيق مشاهدات پروژه اسلوان كشف شده*اند كه به نقشه*برداري از بخش*هاي وسيع آسمان به

دنبال ستارگان با رنگ صحيح و ويژگي*هاي آنها بدون در نظرگرفتن بدنه اصلي راه شيري مي*پردازد.

محققان براي كشف اجسام گمشده به مطالعه گازها پرداخته و حدود 200 ابر گازي را شناسايي كردند. در اين ميان حدود 54 جسم

كانديدا به عنوان بسته*هاي گازي كوچك در اطراف بدنه اصلي كهكشان راه شيري به عنوان همسايگان كوتوله پنهان شناسايي شدند.

يكي از اين كانديداها در حقيقت حاوي مجموعه*اي از ستارگان بوده كه احتمالا از رنگ و ويژگي*هاي درست براي يك كهكشان كوتوله دور

برخوردارند.

محققان اميدوارند بتوانند به زودي نشانه*هاي بيشتري براي اطمينان از امكان تطابق اين جسم و ديگر كانديداها به عنوان قمرهاي

گمشده پيدا كنند؛ چرا كه در اين صورت مسأله ماده تاريك تا حد زيادي حل خواهد شد.



منبع : http://www.nebulea.blogfa.com

[mohammad_reza]

سابقه توسل به ماده تاریک برای حل مسائل نجومی به دنیای باستان بر میگردد.منجمان قدیم که نه چیزی از مکانیک نیوتنی میدانستند نه از نیروی گرانش .وقتی در مقابل این پرسش قرار گرفتند که چگونه اجرام نجومی هم چون خورشید وسیاره ها بر زمین سقوط نمی کنند و در آسمان به دور زمین می گردند.پاسخ شان این بود که سیاره ها بر کره هایی بلورین به نام فلک سوارند که در آسمان تاریک شب دیده نمیشود.بعضی منجمان قرون وسطا سیاره ها را سوار بر بال متایک تصور می کرند که چشم انسان از دیدن آنها قاصر بود.کره های بلورین و فرشتگان حامل سیاره ها علی الا صول باید از همان ماده ای ساخته شده باشد که زوییکی به دنبال آن می گشت.هر چند تحولات قرن 16تا 17 میلادی باعث شد منجمان افلاک بلورین و فرشتگان حامل را فراموش کنند.اما رصد هایی که از دهه 60 میلادی به بعد انجام شد ماده ی تاریک را در صدر اخبار نجومی قرار داد.قرن هیجده و نوزده میلادی قرن سلطه ی مکانیک نیوتنی بر دنیای نجوم بود.پیش بینی های مکانیک نیوتنی از حرکت سیاره ها در منظو مه ی شمسی آن چنان دقیق بود که منجمان تصور نمی کردند پدیده ای در آسمان رخ دهد و نتوان آن را در قالب مکانیک نیوتنی توصیف کرد.در اواسط قرن نوزدهم رصد گران متوجه شدند سیاره ی اورانوس حرکاتی دارد که نمی توان آن را بر مبنای نظریه نیوتنی گرانش توصیف کرد.طبق معمول به سراغ ماده ی تاریک رفتند.این بار ماده ی تاریک به شکل سیاره ای نادیده فرض شد که در فاصله ای دورتراز اورانوس به دور خورشید می چرخید.این ماده ی تاریک مدت زمان زیادی تاریک نماند و به سرعت کشف شد.کشف نپتون در اول قرن 19 نقطه توانایی های دیدگاه نیوتنی در نجوم است منجمان بدون دیدن هیچ جرم نجومی و صرفا از روی حرکت جرم های اطراف ان به وجودش پی بردند و مکان ان را به دقت در اسمان تعییت کردند.سرشت ماده تاریک از قدیم همین طور بوده ماده ای که دیده نمی شود.اما هست اگر نباشد اجرام اطراف ان طور که رصد می شود حرکت نمیکنند یا مثل سیارها در مدل های باستانی بدون ماده تاریک به زمین می افتادند یا مثل کهکشان های زوییکی در خوشه گیسو از خوشه فرار می کردند.

[mohammad_reza]

قرن بیستم با ظهور نظریه*هایی هم چون نسبیت عام مکانیک کوانتومی آغاز شد نظریاتی که آمدند تا نقص های دیدگاه نیوتنی را برطرف کنند، اما نتوانستند آن را از میدان به در کنند. با پایان جنگ*های جهانی و پیشرفت در ابزارهای رصد، دیدگاه منجمان به عالم بسیار ژرف*تر شده بود.

حالا ستاره*شناسان می*دانستند بعضی از سحابی*ها در واقع کهکشان*هایی بزرگ هستند شامل بر هزاران میلیون ستاره که تحت تاثیر گرانش نیوتنی همان ستاره*ها پایدارند.

به مدد طیف*نگارهای دقیق می*شد سرعت شعاعی ستاره*ها را در کهکشان*های همسایه محاسبه کردو با بررسی این حرکت پی به وجود جرمی برد که نیروی گرانش آن باعث این حرکت شده است.

بررسی حرکت ستاره*ها در درون خوشه*های کروی و کهکشان*ها شاخه*ای از نجوم است که به آن دینامیک ستاره*ای می*گویند.در اغلب منظومه*های ستاره*ای هم چون خوشه*های کروی یا کهکشان*ها بر خلاف منظومه*ی شمسی جرمی مرکزی چون خورشید نداریم.

هر ستاره بخشی از نیروی گرانش کهکشان را تامین می*کند و خودش هم در اثر برآیند نیروهای بقیه*ی ستاره*ها در حرکت است. برآیند نیروهای گرانش در یک کهکشان حاصل ترکیب گرانش چند صد میلیارد ستاره است. ستاره*هایی که خودشان در حال حرکت هستند و از این رو برآیند نیروهایشان مدام در تغییراست. با این حساب ستاره*های یک کهکشان باید حرکتی پیچیده داشته باشند. حتی به نظر نمی*رسد ستاره*ها برای مدت زیادی در درون کهکشان بمانند بلکه باید حرکات نا منظم آنها به سرعت شکل کهکشان را به هم بریزد و آن را متلاشی کند.

یکی از راههای بررسی حرکت ستاره*ها در مجموعه*های چند میلیاردی همچون کهکشان، شبیه سازی است. شبیه*سازی به کمک رایانه*های سریع انجام می*شود. به این ترتیب که ستاره*شناسان به جای این که مجبور باشند برای مشاهده*ی حرکت ستاره*ها در یک کهکشان هزاران تا میلیون*ها سال صبر کنند، با برنامه*نویسی رایانه*ای، مشابه یک کهکشان را در حافظه*ی رایانه می*سازند و آن را متحول می*کنند. هر ستاره در رایانه جرم و سرعت و مکانی مخصوص به خود دارد واثر گرانش آن در همه جای کهکشان مشخص است. به این ترتیب برنامه می*تواند برآیند نیروهای همه*ی ستاره*ها را روی هر کدام از آنها در هر لحظه از زمان حساب کند و به کمک قوانین نیوتن جهت و مقدار حرکت آن ستاره را با داشتن برآیند نیروها حساب کند و موقعیت و سرعت جدید آن ستاره را در لحظات بعد تعیین کند. به این ترتیب رایانه حساب می*کند که با گذشت زمان جایگاه ستاره*ها یا به عبارت دیگر شکل ظاهری کهکشان چگونه تغییر می*کند.

اگر شکل کهکشان به یک حالت تعادلی میل کند می*گوییم کهکشان پایدار است و اکر شکل کهکشان به هم بریزد کهکشان ناپایدار خواهد بود.

مهمترین مسئله در شبیه*سازی تعداد ستاره*ها است. هر چه تعداد ستاره*ها بیشتر باشد، میزان محاسبات بیشتر می*شود و به رایانه*ای سریع*تر نیاز است. معمولا در یک شبیه*سازی ساده تعداد محاسبات با توان دوم تعداد ستاره*های کهکشان متناسب است.

کهکشان مارپیچی به طور میانگین حدود 100 میلیارد ستاره دارد. یعنی تعداد محاسبات برای هر لحظه از زمان باید در حدود(10 به توان 22) باشد چنین محاسباتی از توان رایانه*ها ی پیشرفته*ی امروزی هم خارج است.

در اوایل دهه ی 60 میلادی با اختراع رایانه*های ترانزیستوری امکان شبیه*سازی برای مجموعه*های ستاره*ای با صد هزار ستاره فراهم شده بود.

هدف ستاره*شناسان در آن زمان این بود که بفهمند آیا می*توانند به کمک نیروی گرانش، مجموعه*های ستاره*ای بسازند که شبیه کهکشان*های مار پیچی باشد. یعنی قرص و بازوهای مارپیچی داشته باشد و مهم تر از همه پایدار باشد (علی رغم حرکت ستاره*هایش شکل بازوهای خود را برای میلیاردها سال حفظ کند). جواب منفی بود!