کشف تازه و هیجان انگیز درباره حلقه های انیشتین - سفر به تایلند

به گزارش همشهری آنلاین و به نقل از ساینس الرت، فیزیکدانان بر این باورند که بیشتر مواد موجود در کیهان از یک ماده نامرئی تشکیل شده است که ما فقط به وسیله تاثیرات غیرمستقیم آن بر ستارگان و کهکشان هایی که می توانیم ببینیم، به وجودش پی می بریم. ما دیوانه نیستیم! بدون ماده تاریک، دنیا آن طور که ما می بینیم معنایی نخواهد داشت.

ماهیت ماده تاریک معمایی دیرینه است. با این حال، یک مطالعه نو که به وسیله آلفرد امروت در دانشگاه هنگ کنگ و همکارانش که در Nature Astronomy منتشر شده است، از خمش گرانشی نور استفاده می نماید تا ما را یک گام به درک ماهیت ماده تاریک نزدیک تر کند.

علت اینکه ما فکر می کنیم ماده تاریک وجود دارد این است که می توانیم اثرات گرانش آن را در رفتار کهکشان ها ببینیم. به طور خاص، به نظر می رسد ماده تاریک حدود 85 درصد از جرم کیهان را تشکیل می دهد و بیشتر کهکشان های دوردستی که می بینیم به وسیله هاله ای از این ماده مرموز احاطه شده اند. این ماده، تاریک نامیده می گردد زیرا نور از خود ساطع و جذب یا بازتاب نمی نماید و همین تشخیص آن را بسیار سخت می نماید.

پس ماده تاریک چیست؟ ما فکر می کنیم باید نوعی ذره بنیادی ناشناخته باشد، اما بیشتر از این چیزی نمی دانیم. تمام کوشش ها برای شناسایی ذرات ماده تاریک در آزمایش های آزمایشگاهی تا به امروز شکست خورده و فیزیکدانان دهه ها درباره ماهیت آن بحث نموده اند.

دانشمندان دو گزینه فرضی پیشرو برای ماده تاریک پیشنهاد نموده اند: کاراکترهای نسبتا سنگین به نام ذرات سنگین با تعامل ضعیف (یا WIMP) و ذرات بسیار سبک وزن به نام اکسیون. در تئوری، WIMP ها مانند ذرات گسسته رفتار می نمایند، در حالی که اکسیون ها به علت تداخل کوانتومی، بسیار بیشتر شبیه امواج رفتار می نمایند. تمایز بین این دو احتمال سخت بوده، اما اکنون نور خمیده شده در اطراف کهکشان های دور سرنخی ارائه نموده است.

هنگامی که نوری که از کیهان عبور می نماید و از یک جسم بزرگ مانند کهکشان می گذرد، مسیر آن خم می گردد زیرا - طبق نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین - گرانش جسم بزرگ فضا و زمان را در اطراف خود منحرف می نماید. در نتیجه، گاهی اوقات وقتی به یک کهکشان دور نگاه می کنیم، می توانیم تصاویر مخدوش شده از کهکشان های دیگر را در پشت آن ببینیم. اگر همه چیز کاملا در یک راستا قرار گیرد، نور کهکشان پس زمینه به صورت دایره ای در اطراف کهکشان نزدیکتر پخش می گردد. این انحراف نور عدسی گرانشی نامیده می گردد و دایره هایی که می تواند ایجاد کند را حلقه های انیشتین می نامند. با مطالعه حلقه ها یا سایر تصاویر عدسی گرانشی، ستاره شناسان می توانند در خصوص خواص هاله ماده تاریک اطراف کهکشان نزدیکتر، بیاموزند.

این دقیقا همان کاری است که امروت و تیمش در مطالعه نو خود انجام داده اند. آنها چندین سیستم را مشاهده کردند که در آن چندین نسخه از یک شی پس زمینه در اطراف کهکشان لنزدار پیش زمینه قابل مشاهده بود. آن ها با استفاده از مدل سازی دقیق، چگونگی تحریف تصاویر را در صورتی که ماده تاریک از WIMP و در مقابل اگر ماده تاریک از آکسیون ها ساخته می شد، آنالیز کردند. مدل WIMP شباهت زیادی به مدل واقعی نداشت، اما مدل اکسیون تمام ویژگی های سیستم را به دقت بازتولید کرد.

نتایج نشان می دهد که آکسیون ها کاندیدای محتمل تری برای ماده تاریک هستند و توانایی آن ها در شرح ناهنجاری های عدسی و سایر مشاهدات اخترفیزیکی دانشمندان را به هیجان آورده است.

تحقیقات نو بر پایه مطالعات قبلی راسخ است که به آکسیون ها به عنوان گزینه محتمل تر ساخت ماده تاریک اشاره نموده اند. اگرچه این تحقیق به بحث علمی در خصوص ماهیت ماده تاریک سرانجام نمی دهد، اما راه های جد یدی را برای آزمایش های بعدی باز می نماید.

شناخت بهتر ماده تاریک می تواند به ما در درک بهتر چگونگی شکل گیری و تغییر کهکشان ها در طول زمان یاری کند.