ماده تاریک چیست؟

مادۀ تاریک ، در اخترشناسی و کیهان‌شناسی، ماده‌ای فرضی است که چون از خود نور یا امواج الکترومغناطیسی منتشر یا بازتاب نمی‌کند، نمی‌توان آن را مستقیما” دید، اما از اثرات گرانشی موجود بر روی اجسام مرئی، مثل ستاره‌ها و کهکشان‌ها، می‌توان به وجود آن پی برد.

تاریخچه ماده تاریک

اختر-فیزیک‌دانان فرضیه ماده تاریک را مطرح نمودند تا اختلاف میان جرم محاسبه‌شده برای اجرام غول‌پیکر آسمانی توسط دو روش استفاده از تاثیرات گرانشی آنها و یا استفاده از مواد درخشان درون آنها (ستارگان، گاز، غبار) را توضیح دهند. این فرضیه نخستین بار توسط یان اورت در سال ۱۹۳۲ برای توضیح سرعت‌های مداری ستارگان در کهکشان راه شیری و توسط فریتز زوییکی در سال ۱۹۳۳ برای توضیح شواهد مربوط به «جرم گمشده» در سرعتهای مداری کهکشانها در خوشه‌های کهکشانی، مطرح گردید. در پی آن بسیاری از مشاهدات دیگر نیز مطرح گشت که دلالت بر وجود ماده تاریک در جهان داشتند. از جمله این مشاهدات می‌توان به مشاهده سرعتهای چرخشی کهکشانها توسط ورا روبین در دهه‌های ۱۹۶۰-۱۹۷۰، همگرایی گرانشی اجسام پس‌زمینه توسط خوشه‌های کهکشانی همچون خوشه گلوله، الگوهای ناهمسانگردی دما در تابش زمینه کیهانی اشاره نمود. کیهان‌شناسان توافق نظر دارند که ماده تاریک عمدتاٌ از نوعی ذره زیراتمی ناشناخته تشکیل شده‌است. جستجو برای یافتن این ذره با استفاده از وسایل گوناگون یکی از تلاشهای اصلی فیزیک ذرات بنیادی است.

مشاهده و تاثیرات ماده تاریک

ستاره شناسان قادر به مشاهده مستقیم ماده تاریک نیستند اما می توانند به بررسی تاثیرات آن بپردازند. نزدیک به چهل سال است که اخترشناسان با بررسی اثرات گرانشی در کهکشان‌ها و خوشه های کهکشانی متوجه شده‌اند ماده معمولی که به شکل ستارگان و ابرهای گرد و غبار و توده‌های عظیم گاز دیده می‌شود، عامل حدود ۱۵ درصد از این نیروی گرانشی است. دانشمندان بقیه این نیروی گرانشی عظیم را به ماده مرموزی با نام ماده تاریک نسبت داده‌اند که جز با اثر گرانشی‌اش به هیچ روش شناخته‌شده دیگری قابل تشخیص نیست.

واضح است که ماده‌ی تاریک در مقیاس بزرگ‌تر نمود بیشتری پیدا می‌کند، به همین دلیل دانشمندان با بررسی ۱۳۵ تصویر عدسی گرانشی از ۴۲ کهکشان دوردست در خوشه کهکشانی آبل ۱۶۸۹ موفق شدند نقشه ماده تاریک درون این خوشه کهکشانی را بدست بیاورند. این ۴۲ کهکشان دوردست بین ۷ تا ۱۲ میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارند و اگر عدسی گرانشی آبل۱۶۸۹ نبود، امکان نداشت آنها را مشاهده کرد. صورت گرفته‌است. محققان معتقدند ماده تاریک و انرژی تاریک تشکیل دهنده بخش زیادی از جرم موجود در جهان قابل مشاهده هستند. اجزای ماده تاریک جرم بسیار بیشتری از قسمت دیده شدنی کائنات دارند.

هرچند با اطلاعات جدیدتر از جمله نقشه‌های تلسکوپ فضایی پلانک متوجه شده‌ایم که ماده تاریک ۲۶.۸ از محتوای ماده-انرژی کیهان را تشکیل می‌دهد، اما ماهیت آن هنوز یک معما است. در صدر فهرست کاندیداهای ماده تاریک، ذرات سنگین با برهمکنش ضعیف (WIMP) قرار دارند. آکسیون‌ها که ذراتی به مراتب سبک‌تر و سردترند، در ردیف بعدی جای گرفته‌اند. آشکارسازهای متعددی در سراسر دنیا به دنبال شکار این دو نامزد ماده تاریک هستند. پیش از این سیگنال‌هایی از WIMP دیده شده بود، اما این مشاهده‌ها قطعی نبودند، حال آنکه تنها مورد مشاهده سیگنال اکسیون، بعدها رد شد. به تازگی نیز دانشمندان با بررسی سیگنال های مرموز و مشابهی که در بیش از ۷۰ خوشه کهکشانی مشاهده کردند و آن را به واپاشی “نوترینوهای استریل” ، ذرات ناباروری که تاکنون یافته نشده اند و به سختی با ماده ی معمولی برهم کنش انجام می دهند نسبت دادند و این ذرات را کاندیدی برای ماده تاریک محسوب کردند.

آشکارسازی ماده تاریک

تحقیقات روی رفتار ماده‌ی تاریک و هویت واقعی آن همچنان ادامه دارد و دانشمندان از تکنیک های مختلفی در اختر فیزیک برای آشکار سازی این ماده مرموز استفاده می کنند که در زیر نام می بریم: ۱- در شتاب دهنده بزرگ هادرونی ۲- با استفاده از داده های ماهواره های WMAP و پلانک ۳- آزمایشات تشخیص مستقیم برای شناخت ماده تاریک ۴ – آزمایشات تشخیص غیر مستقیم: آشکار ساز های اشعه گاما ( فرمی در فضا و تلسکوپ چرنکوف در زمین تلسکوپ های نوترینو (lceCube , antares ) آشکار ساز های پاد ماده (Pamela , ams-02) و تجهیزات امواج ایکس و رادیویی استفاده می شود.