دانشمندان پیروز به اندازه گیری توزیع ماده تاریک در 12 میلیارد سال پیش شدند - وبلاگ اسبیکو

به گزارش وبلاگ اسبیکو، برای نخستین بار، دانشمندان پیروز شدند بر اساس اجرام فسیلی بر جای مانده از انفجار بزرگ، توزیع ساختار ماده تاریک را در 12 میلیارد سال پیش اندازه گیری و قدیمی ترین نشانه ها از این ماده مرموز را شناسایی کنند.

ماده تاریک شکل فرضی ماده است که طبق تحقیقات اجرا شده، باید از مواد معمولی که جهان ما را می سازد با نسبت پنج به یک بیشتر باشد. این ماده برای ابزارهای رصدی ما نامرئی است و فقط می توان اثرات آن را از طریق گرانش مشاهده کرد.

یک رویکرد استاندارد برای تشخیص ماده تاریک، توزیع آن را با مشاهده چگونگی اعوجاج نور کهکشان های دوردست میزان گیری می کند. هرچند این روش مؤثر است، اما محدودیت هایی هم دارد؛ ازجمله اینکه چقدر می تواند به گذشته نگاه کند که در بیشتر موارد تا 8 میلیارد سال پیش را دربر می گیرد اما اکنون این میزان به 12 میلیارد سال پیش پیشرفته است.

اجرام بزرگ فضا-زمان را در اطراف خود دچار فرورفتگی و نور را خم می کنند و بدین ترتیب برای اجرام دورتر پشت خود، نقش یک یک عدسی را دارند. بزرگ ترین آن ها می توانند تصاویر دیدنی عبور کرده از لنز، از کهکشان های دور ایجاد کنند. کوچک ترها هم اگرچه باعث اعوجاج های کوچک تری می شوند، اما با میزان گیری آن ها، می توان توزیع جرم در یک کهکشان عدسی دار را بازسازی و بدین ترتیب ماده تاریک نامرئی را شناسایی کرد.

این رویکرد تا زمانی کار می کند که کهکشان های پس زمینه روشن زیادی وجود داشته باشد و نور آن ها به سوی ابزارهای رصدی ما منحرف شود. به همین دلیل هم نگاه ژرف تر به جهان بسیار دورتر در گذشته، یک محدودیت خواهد داشت: اینکه اولین کهکشان ها تنها چند صد میلیون سال پس از انفجار بزرگ شکل گرفتند و به میزان کافی هم درخشان نبودند.

اکنون طبق مقاله منتشر شده در فیزیکال ریویو لترز (Physical Review Letters) همکاری دانشمندان دانشگاه ناگویا از همین رویکرد اما به روشی نو استفاده کرده و پیروز شده است تا توزیع ماده تاریک در اطراف کهکشان ها را در 12 میلیارد سال پیش آشکار کند. این بار دانشمندان در پی اعوجاج نور کهکشان های دوردست نبودند، بلکه به اولین نور در جهان یعنی امواج پس زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) نگاه کردند.

CMB انتشاری است که در تمام کیهان نفوذ می کند. حدود 380000 سال پس از مه بانگ، جهان در نهایت به میزان کافی خنک شد که نور آن بدون جذب از طریق ماده موجود امکان حرکت داشته باشد و بنابراین، این امواج آزادانه گسیل شدند. با انبساط کیهان، طول موج آن ها تا امواج مایکروویو کشیده شده است، اما همچنان تحت تأثیر گرانش اجرام بزرگ قرار دارند. اکنون با میزان گیری میزان اعوجاج ناشی از گذر از لنز گرانشی، محققان توانستند توزیع ماده تاریک را در زمان های بسیار دورتر و جایی عمیق تر در فضا میزان بگیرند.

ماسامی اوچی (Masami Ouchi) از دانشگاه توکیو که بسیاری از این مشاهدات را انجام داده است، گفت: اگر می خواستیم به ماده تاریک در اطراف کهکشان های دور نگاه کنیم این یک ایده عجیب بود و هیچ کس تأیید نمی کرد که بتوانیم چنین کاری را انجام دهیم.

او اضافه نمود: اما پس از صحبت درباره یک نمونه کهکشان دوردست بزرگ، هیرونائو (سرپرست این پژوهش) اشاره کرد که شاید بتوان با امواج پس زمینه مایکروویو کیهانی به ماده تاریک اطراف این کهکشان ها نگاه کرد.

یویچی هاریکان (Yuichi Harikane) از مؤسسه تحقیقات پرتوهای کیهانی دانشگاه توکیو هم اعلام نمود: بیشتر محققان از کهکشان های مرجع برای میزان گیری توزیع ماده تاریک از امروز تا 8 میلیارد سال پیش استفاده می کنند. اما ما می توانیم حتی به زمانی دورتر نگاه کنیم زیرا از امواج مایکروویو پس زمینه کیهانی برای میزان گیری ماده تاریک استفاده کردیم و برای نخستین بار ماده تاریک را تقریبا در زمانی مربوط به اولین لحظات کیهان میزان گیری کردیم.

جالب ترین کشف در این پژوهش، میزان گیری توده ای ماده تاریک است. بر اساس مدل استاندارد کیهان شناسی یا لامبدا-سی دی ام (Lambda-CDM) که زیربنای درک ما از کیهان است، ماده تاریک مناطقی با چگالی بیش از حد را تشکیل می دهد که در طول زمان کهکشان ها در آن شکل می گیرند. اما میزان گیری توده ای در این مطالعه کمتر از پیش بینی تئوری است.

هیرونائو میاتاکه (Hironao Miyatake) سرپرست این پژوهش از دانشگاه ناگویا هم گفت: یافته ما هنوز نامشخص است. اما اگر درست باشد، به نظر می رسد که کل مدل هر چه در زمان به عقب تر می روید، ناقص می شود. این هیجان انگیز است زیرا اگر نتیجه پس از گذشت زمان باقی بماند، عدم قطعیت ها کاهش می یابد و این می تواند نشان دهنده بهبود مدلی باشد که ممکن است بینشی درباره ماهیت خود ماده تاریک ارائه دهد.

آندرس پلازاس مالاگون (Andrés Plazas Malagón) پژوهشگر دانشگاه پرینستون هم بیان داشت: در این مرحله، ما سعی خواهیم کرد که داده های بهتری به دست آوریم تا ببینیم آیا مدل Lambda-CDM واقعا قادر به توضیح مشاهداتی که در جهان داریم هست یا خیر؟ و ممکن است نیاز به بازنگری فرضیات موجود در این مدل داشته باشیم.

این تیم از داده های رصدخانه پلانک آژانس فضایی اروپا برای امواج پس زمینه ریزموج کیهانی و مشاهدات تلسکوپ سوبارو استفاده کرد. هم اکنون تنها یک سوم از داده های HSC تجزیه و تحلیل شده و بنابراین تیم پژوهشی اکنون در حال کار برای تکمیل آن است.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از پژوهش روی ساختار ماده تاریک در 12 میلیارد سال پیش

Credit: Reiko Matsushita

منبع: IFL Science