کیهان ماده‌ی تاریک و انرژی تاریک
بر پایه‌ی ۶ منبع علمی

اگه ۹۵٪ جهان رو نمی‌بینیم، پس از کجا می‌دونیم که وجود داره؟

یه کهکشان مارپیچی که تصویر کهکشان‌های دورتر دورش خم شده و به شکل کمون‌های باریک دراومده
4 دقیقه کاوش آخرین به‌روزرسانی: ۱۳ آبان ۱۴۰۵
مفهوم‌های این کاوش ماده‌ی تاریک انرژی تاریک خوشه‌ی کهکشانی ابرنواختر
این کاوش را چطور دوست داری دنبال کنی؟ ۴ ارائه‌ی دیگر در راه‌اند
روخوانی نوشتار هنوز آماده نیست
به‌زودی

پاسخ کوتاه ماده‌ی تاریک و انرژی تاریک رو نمی‌بینیم، ولی اثرشون رو روی چیزهایی که می‌بینیم اندازه می‌گیریم. ستاره‌های لبه‌ی کهکشان‌ها تندتر از اونی می‌چرخن که گرانش ماده‌ی دیدنی بتونه نگهشون داره. نور کهکشان‌های دور وقتی از کنار جرمی که دیده نمی‌شه رد می‌شه، خم می‌شه. و جهان، به‌جای این‌که آروم‌آروم کندتر باز بشه، داره تندتر باز می‌شه. این شاهدها از راه‌های جدا به یه جواب می‌رسن: بیشتر جهان از ماده و انرژی‌ای ساخته شده که نور نمی‌ده. این‌که خودشون دقیقاً چی‌ان رو هنوز هیچ‌کس نمی‌دونه.

ستاره‌هایی که زیادی تند می‌چرخن

منظومه‌ی شمسی رو ببین. هر سیاره‌ای که از خورشید دورتره، آهسته‌تر می‌چرخه، چون کشش کمتری بهش می‌رسه. اخترشناس‌ها انتظار داشتن ستاره‌های لبه‌ی یه کهکشان هم همین‌طور باشن.

ورا روبین و کنت فورد سرعت ستاره‌های کهکشان آندرومدا رو اندازه گرفتن. ستاره‌های دور از مرکز آهسته‌تر نمی‌شدن و سرعتشون تقریباً ثابت می‌موند. بعد همین رو توی بیش از بیست کهکشان مارپیچی دیگه هم دیدن، و همه‌شون همین الگو رو نشون می‌دادن.

حالا ببین این یعنی چی. ستاره‌ای که این‌قدر تند می‌چرخه باید از کهکشان پرت بشه بیرون، مگه این‌که جرمی خیلی بیشتر از ستاره‌ها و گازهای دیدنی نگهش داره. روبین نوشت راهی جز این نتیجه نمی‌مونه که ماده‌ای بی‌نور فراتر از بخش دیدنی کهکشان هست.

روبین اولین نفر نبود. نزدیک صد سال پیش، فریتس تسویکی دیده بود کهکشان‌های یه خوشه‌ی کهکشانی به اسم کُما تندتر از اونی می‌چرخن که گرانش ماده‌ی دیدنی‌شون بتونه نگهشون داره. اسم اون ماده‌ی نادیده رو گذاشت ماده‌ی تاریک.

اگه فقط ستاره‌ها و گازهای دیدنی کهکشان رو نگه می‌داشتن، سرعت ستاره‌ها باید با دور شدن از مرکز کم می‌شد (خط‌چین). روبین و فورد دیدن سرعت تا لبه تقریباً ثابت می‌مونه (خط پررنگ). فاصله‌ی بین این دو خط، کار جرمیه که دیده نمی‌شه.
یک واژه ماده‌ی تاریک (Dark matter) ماده‌ای که دیده نمی‌شه و وجودش فقط از کشش گرانشیش روی حرکت ستاره‌ها و کهکشان‌ها و روی مسیر نور فهمیده می‌شه.

نوری که دور جرم نادیده خم می‌شه

گرانش فقط ستاره‌ها رو نمی‌کشه، مسیر نور رو هم خم می‌کنه. نوری که از یه کهکشان دورتر میاد و از کنار یه خوشه‌ی کهکشانی رد می‌شه کج می‌شه، و تصویر اون کهکشان دور کج‌وکوله به ما می‌رسه. اخترشناس‌ها از اندازه‌ی این کجی حساب می‌کنن چقدر جرم سر راه نور بوده و نقشه‌ی جرم خوشه رو می‌کشن، چه اون جرم دیده بشه، چه دیده نشه.

حالا یه برخورد واقعی توی آسمون رو ببین که اسمش «خوشه‌ی گلوله»ست. این‌جا دو تا خوشه‌ی کهکشانی به هم خوردن. بیشتر ماده‌ی معمولی این خوشه‌ها گاز داغه. گاز دو خوشه موقع برخورد ترمز کرد و عقب موند. ولی نقشه‌ای که از خم شدن نور کشیدن نشون داد بیشتر جرم از گاز جلو زده و جدا مونده.

اگه جرم اصلی همون گاز داغ بود، جرم و گاز باید کنار هم می‌موندن. بعضی نظریه‌ها که به‌جای ماده‌ی تاریک قانون گرانش رو عوض می‌کنن همین رو انتظار دارن. ولی جرم و گاز از هم جدا شدن. برای همین رصدخانه‌ی چاندرا این خوشه رو شاهد مستقیمی گرفت که تقریباً همه‌ی ماده‌ی اون‌جا تاریکه.

دو خوشه‌ی کهکشانی به هم خوردن. گاز داغ، که بیشتر ماده‌ی معمولی اون‌هاست، ترمز کرد و وسط موند، ولی نقشه‌ای که از خم شدن نور کشیدن نشون می‌ده بیشتر جرم ازش جلو زده. اگه جرم اصلی همون گاز بود، باید کنار هم می‌موندن.

جهانی که داره تندتر باز می‌شه

جهان داره باز می‌شه و کهکشان‌ها از هم دور می‌شن. همه‌ی ماده‌ی جهان با گرانش همدیگه رو می‌کشه، پس اخترشناس‌ها انتظار داشتن این باز شدن کم‌کم کند بشه.

برای اندازه گرفتنش سراغ یه نوع خاص ابرنواختر رفتن. ابرنواختر انفجار یه ستاره‌ست، و روشنایی واقعی این نوع خاص همیشه یکسانه. پس هر کدوم کم‌نورتر دیده بشه، دورتره. مثل چراغ‌های یکسان یه خیابون که هر چی دورتر باشن، کم‌نورتر به چشمت میان.

اواخر قرن بیستم دو گروه از اخترشناس‌ها ابرنواخترهای خیلی دور رو رصد کردن و دیدن کم‌نورتر از انتظارن. نتیجه برعکس انتظار بود: باز شدن جهان کند نمی‌شه و داره تندتر می‌شه. پرلماتر، اشمیت و ریس برای همین کشف جایزه‌ی نوبل فیزیک رو گرفتن. اسمی که روی عامل این تند شدن گذاشتن انرژی تاریکه.

سهم ماده‌ی معمولی از جهان ۵٪ همه‌ی ستاره‌ها، سیاره‌ها و گازهای جهان روی هم همین‌قدرن. ماده‌ی تاریک حدود ۲۷٪ جهانه و انرژی تاریک هم حدود ۶۸٪ جهانه.

نقشه‌ای از کم‌سوترین نور آسمون

سهم ماده‌ی معمولی، ماده‌ی تاریک و انرژی تاریک از جهان رو از کم‌سوترین نور آسمون درآوردن. وقتی جهان جوون بود، نوری راه افتاد که هنوز از همه‌ی جهت‌ها به ما می‌رسه. ماهواره‌ی پلانک از این نور نقشه کشید و از روی اون حساب کرد جهان از چی ساخته شده.

ولی دانسته‌ها همین‌جا تموم می‌شه. هنوز هیچ نامزدی برای ماده‌ی تاریک تأیید نشده. ناسا درباره‌ی انرژی تاریک صاف می‌گه جواب کوتاه اینه که نمی‌دونیم، و یه احتمال دیگه رو هم کنار نمی‌ذاره: این‌که نظریه‌ی گرانش اینشتین یه جایی ایراد داشته باشه.

ماده‌ی تاریک رو از کشش گرانشیش روی ستاره‌ها و نور می‌شناسیم و انرژی تاریک رو از این‌که جهان داره تندتر باز می‌شه. وجودشون رو با اندازه‌گیری فهمیدیم، ولی هنوز نمی‌دونیم از چی ساخته شدن.

چرا این پرسش مهم است هر چیزی که تا حالا دیدی، از بدن خودت تا دورترین ستاره، جزو همون سهم کوچیک ماده‌ی معمولیه. این پرسش نشون می‌ده که می‌شه از روی اثر یه چیز به وجودش پی برد، حتی وقتی خودش دیده نمی‌شه. و درست همین‌جاست که دانسته‌های ما درباره‌ی بیشتر جهان تموم می‌شه.

این پاسخ از کجا آمده

هر چیزی که بالا خواندی از این ۶ منبع بیرون آمده. اگر خواستی خودت سرچشمه را ببینی، لینک‌ها همین‌جاست.

۶ منبع
۱ Dark Matter (NASA Science) پاسخ کوتاه، «ستاره‌هایی که زیادی تند می‌چرخن»، «نوری که دور جرم نادیده خم می‌شه» و «نقشه‌ای از کم‌سوترین نور آسمون» نهاد رسمی ۲ Dark Energy (NASA Science) «جهانی که داره تندتر باز می‌شه» و «نقشه‌ای از کم‌سوترین نور آسمون» نهاد رسمی ۳ 1E 0657-56, NASA Finds Direct Proof of Dark Matter (Chandra X-ray Observatory) «نوری که دور جرم نادیده خم می‌شه» — خوشه‌ی گلوله نهاد رسمی ۴ Vera Rubin Publishes Paper on Dark Matter (APS News, This Month in Physics History) «ستاره‌هایی که زیادی تند می‌چرخن» — سرعت ستاره‌ها در کهکشان‌های مارپیچی رسانه‌ی علمی ۵ Planck reveals an almost perfect Universe (ESA) «نقشه‌ای از کم‌سوترین نور آسمون» — سهم ماده‌ی معمولی، ماده‌ی تاریک و انرژی تاریک نهاد رسمی ۶ Discoverers of the accelerating expansion of the universe share this year's physics Nobel (Physics Today) «جهانی که داره تندتر باز می‌شه» و «نقشه‌ای از کم‌سوترین نور آسمون» رسانه‌ی علمی