"طبیعت اسرارش را پنهان میکند چون که والا و بلند پایه است;نه به خاطر این که شعبده باز میباشد"
Albert Einstein
پس از تلاش زیاد برای جور کردن نامزد های مختلف شکل کائنات با نقشه;کائناتی که بهتر از هر مدل دیگری با نقشه جور باشد;که به نام عالم "سیندرلا" مشهور شده; 5درصد اتم 25درصد ماده تاریک و 70 درصد انرژی تاریک است.
=========================================================================
"...ما میتوانیم به حضور اجرام آسمانی پی ببریم
در صورتی که آن ها را مستقیماً رصد کنیم
یا از روی اثرشان بر اجرامی که میبینیم به وجودشان اشاره کنیم
ماده تاریک یا جرم گمشده مانند سیاهچاله ها از این نوع اجسام هستند..."
=================================================
وقتی در یک شب صاف و تاریک به آسمان نگاه میکنیم حداکثر 6000 ستاره میبینیم اما در حقیقت حدود 22^10*8 (هشت هزار میلیار میلیارد) ستاره در سرتاسر کائنات وجود دارند.
بیشتر این ها بسیار بزرگتر از خورشید ما هستند;که ستاره ای متوسط با جرمی حدود 30^10*2 کیلوگرم است.
محاسبه ای ساده نشان میدهد که جرم کل ستاره ها در کائنات 53^10*6 کیلوگرم است. اگر به این مقدار جرم مجموع همه سیاهچاله ها و ابر های عظیم غبار و گاز را که فضای میان ستاره ای را فراگرفته اند و نامرئی میباشند اضافه کنیم به عددی بسیار بزرگ و دور از ذهن میرسیم.
چه باور کنید یا نه این فقط 10 درصد جرم کائنات است;بقیه آن به شکلی که ما نمیتوانیم ببینیم اما میدانیم که وجود دارند چرا که بر حرکت اجرامی که ما میبینیم اثر میگذارند.
تقریبا همه اجرام کائنات در ساختار هایی که ما آن ها را کهکشان مینامیم گرد هم می آیند.
کهکشان ها هم به نوبت خود در گروه ها;گروه ها در خوشه ها;و خوشه ها در ابر خوشه ها گرد هم می آیند.
هرکدام از این ساختار ها به گرد نقطه ای میچرخند که مرکز جرمش است.این چررخش حرکتی تصادفی نیست;بلکه همچون رقصی است که با یک موسیقی به نام"موسیقی کُره ها" که به دقت سمفونی های موتزارت هماهنگ شده است.
چرا ماده تاریک اصلا باید وجود داشته باشد؟
ما میتوانیم جرم هرکدام از این ساختار هارا به روش های متفاوتی محاسبه کنیم. یک راه به کمک مقدار نوری است که هرکدام از خود ساطع میکنند که کمک میکند تعداد ستاره های هر ساختار را تخمین بزنیم و به این ترتیب به کمک روش های آماری جرم کل را محاسبه کنیم.
یک روش دیگر به کمک سرعت چرخش یک ساختار مخصوصا یک کهکشان به دور مرکزش است.ما با نگاه کردن به یک "کهکشان از لبه"-کهکشانی که طوری قرار گرفته که ما از روی زمین آن را به پعلو و از لبه میبینیم -به وجود این چرخش پی میبریم;وقتی ما نور یک لبه چنین کهکشانی را از دستگاهی به نام طیف سنج عبور دهیم میبینیم که طیف نور یک لبه کهکشان به سوی سرخ انتقال یافته است
(این اثر دوپلر نام دارد) که یعنی منبع نور از ما دور میشود.و نور لبه دیگر کهکشان به سوی آبی انتقال یافته که یعنی این بخش به ما نزدیک میشود.
پس ما در میابیم که کل کهکشان در حال چرخش به دور مرکزش است. دانشمندان میتوانند از روی اینکه طیف نور چقدر انتقال پیدا کرده است.سرعت این چرخش را تعیین کنند وقتی بدانند که کهکشان چقدر تند میچرخد میتوانند جرم آن را محاسبه کنند.
در سال 1933 اخترشناسی به نام "فریتز زوییکی" در حال بررسی حرکت کهکشان های دور دست به کمک هردو روش بود.اما وقتی این دو را باهم مقایسه کرد دریافت که با ضریب 400 باهم اختلاف دارند.او این اختلاف را به اثر ماده ای نا دیدنی که نمیتوانیم آن را ببینیم نسبت داد.
او آن را "جرم گمشده" نامید.
همچنین میدانیم که ستاره ها در یک کهکشان باید همچون سیارات در منظومه شمسی ما عمل کنند- یعنی هرچه از مرکز دورترند باید کندتر حرکت کنند.اما سرعت آن ها که از روی مقدار انتقال دوپلری شان به دست آمده نشان میدهد که ستاره ها در حومه بسیاری از کهکشان ها سریع تر از چیزی حرکت میکنند که قانون دم "کپلر" پیش بینی میکند. بنابر این نیروی گریز از مرکز باید آن ها را به بیرون از کهکشان پرتاب کند و آن را از هم بپاشد.
نیرویی باید در مقابل این نیروی اضافی مقابله کند که مانع این از هم پاشیدگی شود و آن فقط میتواند جاذبه گرانشی ماده تاریک نادیدنی ای باشد که درون خود کهکشان نهفته است.
آیا این همان جرم گمشده ای است که زوییکی از آن صحبت میکرد؟
یافته زوییکی تا دهه 1970 مسکوت ماند تا این که دانشمندان دریافتند که فقط مقدار زیادی جرم پنهان میتواند بسیاری رصدهای دیگر را توضیح دهد و پشتیبان نظریه هایی درباره ساختار کائنات باشد.امروز دانشمندان به دنبال ماهیت این ماده تاریک مرموزند.
===========================================================================
ماهیت ماده تاریک;ماچوها (MACHOS) و-ویمپ ها (WINPS)
وجود "ماده تاریک" یا "جرم گمشده" نه تنها سرعت به ظاهر اضافی ستاره ها در حومه کهکشان ها را توضیح میدهد بلکه نظریه های جاری درباره منشاء و سرنوشت کائنات را نیز تصدیق میکند. این بررسی ها نشان میدهد که ماده تاریک 90 تا 96 درصد جرم کائنات را تشکیل میدهد.
ما نمیتوانیم ماده تاریک را ببینیم فقط اثرش بر موادی که در کائنات میبینیم به وجودش اشاره دارد.
پس این ماده از چه چیزی ساخته شده است؟
احتمالا دو گونه اند:
1: یکی از احتمالات ماچوها (اجرام اختر فیزیکی پرجرم و فشرده هاله کهکشان) هستند که اجرامی بزرگتر از ستاره های کوچک تا سیاهچاله های ابر پرجرم اند. آن ها از "مواد عادی" که ماده باریونی نام دارد تشکیل شده اند.
2: احتمال بعدی ویمپ ها ( ذرات پرجرم با بَرهم کُنش ضعیف) هستند. آن ها از مواد غیر باریونی اند. که ذرات زیراتمی غیر از ماده معمولی اند. آن ها بَرهم کُنشی با ماده معمولی کائنات ندارند و 100 هزار بار کمتر از یک الکترون جرم دارند.
یکی از مثال های خوب این مواد; نوترینوست. چون تعدادشان آنقدر در کائنات زیاد است که در هر ثانیه تریلیون ها نوترینو از میان بدن ما میگذرد بدون این که با چیزی برخورد کند.
اخترشناسان در جستجوی ماچوها و فیزکدانان ذرات در جستجوی ویمپ ها هستند.
===============================
اجرام اختر فیزیکی پُرجرم و فشرده هاله (ماچوها) یا ماده عادی کائنات:
ماچوها در وّهله اول ستاره های ریزنقش قهوه ای و سیاهچاله اند.که وجود هردوشان بسیار پیش از گمان وجود ماده تاریک از طریق نظریه ها پیش بینی شده بود. وجود ریزنقش های قهوه ای در نظریه هایی که شکل گیری ستاره ها را توضیح میدهد پیش بینی شد. آن ها هم همچون ستاره ها از هیدروژن تشکیل شدند. اما از آن ها بسیار کوچکترند.ستاره هایی همچون خورشید ما آنقدر هیدروژن دارند که تحت جرم و گرانش خودشان فرو ریزند و فشار شدید ایجاد شده یک واکنش هسته ای در هسته شان به راه اندازد که نور و انرژی منتشر کنند. جرم یک ریزنقش قهوه ای آنقدر گرانش ایجاد نمیکند که در حدی فشار تولید کند که واکنش هسته ای را در هسته ستاره به راه اندازد بنابر این این ستاره فقط مقدار کمی حرارت و نور ساطع میکند.
نظریه نسبیت عام اینشتین وجود سیاهچاله ها را پیش بینی کرد.برخلاف ریزنقش های قهوه ای سیاهچاله ها آنقدر پرجرم اند که ماده در هسته ستاره های عظیم که در پایان چرخه عمرشان در یک انفجار ابرنواختری منفجر میشوند تحت گرانش بسیار زیادشان "می رمبُند" و تبدیل به جسمی بسیار کوچک میشوند.اما این جسم بسیار کوچک آنقدر چگال است که هیچ چیز حتی نور نمیتواند از کشش میدان گرانشی آن رها شود.
هرستاره یا ابر گازی که به نزدیکی سیاهچاله ای بیاید همچون گردابی به دور آن میگردد تا این که سرانجام سیاهچاله آن را می بلعد.
وقتی گازها به درون سیهچاله سقوط میکنند در طی چرخش; سرعتشان به سرعت نور میرسد وقتی چنین میشود انرژی شان را در پرتو ایکس و دیگر تابش های الکترومغناطیسی ساطع میکنند که از روی زمین آشکار میشود.
سیاهچاله های ابر پرجرم به جرم میلیون ها و برخی حتی میلیارد ها برابر خورشید ما در مرکز بسیاری از کهکشان ها کشف شده اند در حالی که نسبتاً کوچکتر ها به جرم چندبرابر خورشید در حاله کهکشان ها و در مرکز خوشه های کُروی ستاره ها-مجموعه ای از چندهزار ستاره نزدیک به هم کشف شده اند.
تلسکوپ فضایی هابل و چاندرا آن ها را با آشکار سازی پرتو های ایکس و دیگر تابش های ساطع شده از مواد ساقط درون آن ها کشف کرده اند.
حتی برخی سیاهچاله های سرگردان هم وجود دارند همچون یکی که هم جرم خورشید است و اخیراً با مقایسه تصاویری از آسمان همین حوالی در سال 1961 و سال 20002 کشف شده و فقط 6000 سال نوری از خورشید فاصله دارد!
بررسی مسیرش منشا آن را به نواحی مرکزی راه شیری میرساند که حدود 7 میلیارد سال پیش از آنجا پرتاب شده.
آشکار سازی اجرامی همچون ماچوها که از فواصل نجومی دیده نمیشوند بی اغراق کاری پرزحمت است.
================
تصاویر هابل تعداد زیادی ریزنقش قهوه ای را که اخترشناسان انتظار داشتند آشکار "نکرد" آن ها انتظار داشتند که این تصاویر پر از ستاره های سرخ رنگ کم نور باشند اما تعداد آن ها کم و فاصله بینشان زیاد بود.حال چنین تخمین میزنند که ریزنقش های قهوه ای فقط 6درصد ماده هاله کهکشانی را تشکیل میدهند.
اثر عدسی گرانشی (فصل نظریع نسبیت) یکی از روش های ظهور ماچوهاست.تخستین بار اینشتین این اثر را یک اصل مسلم فرض کرد که ریشه در خمیده شدن نور در گذر از میدان گرانشی (فضا-زمان خمیده) داشت.این اثر زمانی رخ میدهد که یک ماچو از میان یک ستاره یا یک کهکشان و رصدگری روی زمین بگذرد.
وقتی پرتو های نور ستاره از میدان گرانشی ماچو عبور میکند از هرسو به طرف داخل خمیده میشوند و زمانی که به زمین میرسند در نقطه ای دوباره کانونی میشوند (تصویر چپ) و این اثر در طول مدتی که ماچو از این میان عبور میکند موجب درخشان تر شدن ستاره میشود.
اختر شناسان با پشتکار در میان تصاویر آسمان شب دنبال درخشان شدگی های متناوب ستاره ها میگردند که نشانه ای از وجود یک ماچوست.این روش نه تنها وجود یک ماچو را آشکار میکند بلکه همچنین اخترشناسان را قادر میسازد که جرم و فاصله ماچو را با تعیین مدت اثر عدسی گرانش ی و فاصله منبع نور که از انتقال به سرخش به دست می آید محاسبه کنند.
====================================================================
ذرات پرجرم با بَرهم کُنش ضعیف (ویمپ ها) یا ماده نامتعارف کائنات:
دانشمندان فیزیک ذرات مدعی اند که ماچوها هرگز 90درصد جرم کائنات را تشکیل نمیدهند;پس به سختی تلاش میکنند ویمپ ها را کشف کنن. حدس میزنند که آن ها کوچکتر از اتم ها هستند اما جرم دارند. آن ها به ندرت با ماده باریونی بَرهم کُنش دارند و درست از میان آن ها میگذرند. چون هر ذره و ویمپ جرم کمی دارد(بسیار کمتر از یک الکترون) باید تعدا بسیار زیادی از آن ها وجود داشته باشند تا این مقدار کلان ماده تاریک را شکل دهد.
یکی از نامزد های اصلی برای ویمپ ها نوترینو است که در هر ثانیه تریلیون ها عدد از آن ها از بدن ما میگذرد. درحقیقت آن ها میتوانند حتی از میان یک دیوار سربی به فاصله ضخامت بین خورشید و مشتری عبور کنند.
آزمایش های اخیر که به کمک آشکار سازی های پیچیده نوترینویی که در اعماق معادن در ایالات متحده و ژاپن قرار دارند انجام شده است;نشان میدهد که نوترینوها واقعا جرم دارند.
یکی دیگر از روش های شکار ویمپ ها خنک کردن یک بلور ( CRYSTAL) بزرگ تا دمای صفر مطلق است تا حرکت اتم ها تقریبا متوقف شود.وقتی یک ذره ویمپ با یک اتم بلور برهم کنش کند حرارتی تولید میکند که آشکار میشود. در آزمایش مشابهی بجای بلور خنک شده از یخ هایی در قطب جنوب زمین وجود دارند استفاده شده است.
======================================
وجود ماده تاریک نه تنها اختلافات موجود در محاسبات جرم کهکشان ها را توضیح میدهد بلکه یکی از پردردسر ترین مسائل مربوط به نظریه انفجار بزرگ را هم شرح میدهد که میگوید کائنات و همه ماده آن از یک نقطه انرژی شکل گرفته است. سرعت انبساط آنقدر بوده که بر گرانش غلبه کند و اجازه دهد که مواد کنار هم جمع شوند وستاره ها و کهکشان هایی را که امروز میبینیم بسازند.
انبساط کائنات که ادوین هابل در سال 1929 آن را کشف کرد بخش نخست نظریه را تایید میکند. البته پرسش بزرگ و دردسرساز این است ککه ستاره ها و کهکشان ها چگونه از ماده ای شکل گرفته اند که باید سرانجام در همه جهت ها پخش میشد؟ چون در چنین کائناتی هر ذره ای بر ذره دیگر اثر گرانشی یکسانی دارد.به بیان دیگر چه عاملی جمع شدن مواد کنار هم را شروع کرد؟ چیزی باید گرانش اولیه را برای آغاز گرد هم آیی مواد و شکل گیری نخستین ستاره ها به وجود آورده باشد. فیزیک دانان ویمپ ها را مقصر میدانند چون ویمپ ها بر ماده باریونی فقط اثر گرانشی دارند;ممکن است موجب شکل گیری کهکشان ها شده باشند پس به این ترتیب ما مقداری زیادی از آن ها نیاز داریم.
اگر معلوم شود که ماده تاریک بیشتر از ویمپ ها شکل گرفته است; مجازات عادلانه ای است که ما انسان ها در مرکز کائنات نیستیم و حتی از ماده سازنده کائنات ساخته نشده ایم.
==============================================
چقدر مسخره است!؟
در همین حال بسیار هم نا امید کننده است که اعتراف کنیم نمیتوانیم 90 درصد جرم کائنات را کشف کنیم.
حضور ماده تاریک از سرعت ستاره ها در نواحی خارجی کهکشان های
مارپیچی مشخص میشود.این ستاره ها از آنچه بر اساس قانون دوم کپلر
نتیجه میشود سریع تر حرکت میکنند بنابر این نیروی گریز از مرکزشان
باید آن ها را از کهکشان به بیرون پرتاب کند و کهکشان از هم بپاشد.
در نمودار بالا سرعت چرخشی ستاره های مرئی و ابر های گازی فراتر
از آن ها به دور مرکز کهکشان در محور عمودی و فاصله از مرکز کهکشان در محور افقی نشان داده شده است.
منحنی توپر سرعت واقعی است و خط نقطه چین شکل منحنی را در صورت غیبت ماده تاریک نشان میدهد.
==========
نیروی جاذبه یا به قول اینشتین انحناء فضا و زمان سیارات
منظومه شمسی را به دور خورشید نگه میدارد
پس از آنکه سفینه وویجر یک به ماموریتش خاتمه داد
به نزدیکی های شمالی مرز منظومه شمسی رسید
کارشناسان ناسا آن را به طرف خورشید نشان کردند
و این عکس مشهور به عکس "فامیلی" را از خورشید
و سیارات آن گرفتند
===================
در آخر هم بگم که کل مطالب رو خودم تایپ میکنم.
از کتاب اسرار کائنات پروفسور ابراهیم ویکتوری
