بیگ بنگ: “ماده تاریک” یکی از بزرگترین رمز و رازهای کیهان است، محققان معتقدند این تودۀ نامرئی موجب ِ افزایش جرم کهکشان‌ها و دیگر اجرام فضایی می‌شود و تنها با اثرات ِ گرانشی نحوۀ عملکردش را نمایان می‌سازد.
به گزارش بیگ بنگ، از آنجایی که مشاهدۀ مواد مرئی در یک کهکشان نمی‌تواند شکل، توزیع و حرکات کهکشان را توجیه نماید، اخترشناسان معتقدند باید توده‌ای نامرئی در کهکشان وجود داشته باشد که جرمش پنهان مانده است. به نظر می‌رسد که این توده به هیچ وجه نمی‌تواند “ماده معمولی” را از طریق راه‌هایی نظیر جذب یا انتشار فوتون تحت تاثیر قرار دهد – به همین علت به “ماده تاریک” معروف است.
در واقع اخترفیزیک‌دانان فرضیۀ “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، گ*از، غبار) را توضیح دهند. از این گذشته تحقیقات اخترشناسان برای جستجوی این مادۀ گمشده، چندان موفقیت‌آمیز نبوده و ماهیت آن همچنان ناشناس باقی مانده است. لذا تصور می‌شود که اگر این ماده وجود داشته باشد می‌تواند حدود ۸۵ درصد از کل مادۀ جهان و تقریبا ۲۵ درصد از انرژی آن را تشکیل دهد. در اینجا چند توضیح و دانستنی در خصوص “ماده تاریک” گفته می‌شود که فیزیکدانان در حال بررسی آنها هستند.
انواع ماده تاریک
۱-کوچک، ضعیف و فراگیر
اخترشناسان طبق این فرضیه “ماده تاریک” را بعنوان ماده‌ای فراگیر که تعامل ضعیفی با ماده و ذرات دارد دسته بندی می کنند. گزینه اصلی در این زمینه، ذرات سنگین با برهم‌کنش ضعیف(WIMPs) هستند. جرم این ذرات ۱۰ تا ۱۰۰ برابر پروتون است اما بر هم کنش ضعیف آن ها با ماده معمولی تشخیص آن ها را دشوار می کند. این ذرات سنگین با بارهای الکترومغناطیسی در تعامل نیستند، اما هنوز هم می‌توانند با استفاده از نیروی هسته‌ای ضعیف، عناصر جزئی را با مواد معمولی مبادله کنند، که باعث می‌شود در تئوری متوجۀ آنها شویم.
ذرات فرضی دیگری نیز وجود دارند که می‌توانند وجود “ماده تاریک” را اثبات نمایند. ذرات کم جرمی با دامنه محدود که به آنها اکسیون(Axion) گفته می‌شود. این ذرات هرگز دیده نشده‌اند؛ اما احتمالا می‌توانند توضیح دهند که چرا برخی از وارونگی‌های آینه‌ای در فیزیک کوانتومی آنطور که انتظار داریم، پدیدار نمی‌شوند. از آنجا که این ذرات به چیزهایی که می‌بینیم تجزیه می‌شوند، ممکن است در صورت وجود بتوانیم آنها را کشف نماییم.
۲- بزرگ، تاریک و ناچیز:
به جای اینکه “ماده تاریک” از نوع جدیدی از ماده ساخته شود، ممکن است به سادگی از اجرام معمولی ساخته شده باشد که به شکل ِ خارق‌العاده‌ای عمل می‌کنند. اجرام هاله‌ای بزرگ و فشردۀ اخترفیزیک(MACHOS) یا همان اجرام سنگین و ستاره مانندی که به اندازۀ کافی درخشان نیستند کاندیدی خوب برای اثبات وجود “ماده تاریک” هستند. متأسفانه، احتمالاً تعداد این اجرام در کیهان به اندازه‌ای نیست که بتواند حدود ۸۵ درصد از جهان را تشکیل دهد.
۳- اشتباه، اشتباه، اشتباه:
گرچه بعید به نظر می‌رسد، اما این احتمال نیز وجود دارد که ما در مورد چگونگی گرانش و ساختارهای موجود در کهکشان اشتباه کرده باشیم. اخترشناسان دائماً در حال آزمایش نسبیت عام اینشتین هستند و سعی می‌کنند کوچکترین مغایرت‌های موجود را کشف نمایند تا بتوانند راهی پیدا کنند که از طریق آن بتوان وجود “ماده تاریک” را بدون نیاز به اثبات وجود انواع جدید ذرات یا اشیاء عجیب و غریب اثبات کرد. پژوهشی با عنوان دینامیک نیوتنی اصلاح شده(MOND) بیان می‌کند که هیچ ماده تاریکی وجود ندارد و سرعت‌های فوق‌العاده بالای چرخش ستارگان و کهکشان‌ها به دور یکدیگر در نتیجۀ رفتار حیرت‌آور گرانش به وجود آمده است.
به گزارش بیگ بنگ، از آنجایی که مشاهدۀ مواد مرئی در یک کهکشان نمی‌تواند شکل، توزیع و حرکات کهکشان را توجیه نماید، اخترشناسان معتقدند باید توده‌ای نامرئی در کهکشان وجود داشته باشد که جرمش پنهان مانده است. به نظر می‌رسد که این توده به هیچ وجه نمی‌تواند “ماده معمولی” را از طریق راه‌هایی نظیر جذب یا انتشار فوتون تحت تاثیر قرار دهد – به همین علت به “ماده تاریک” معروف است.
در واقع اخترفیزیک‌دانان فرضیۀ “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، گ*از، غبار) را توضیح دهند. از این گذشته تحقیقات اخترشناسان برای جستجوی این مادۀ گمشده، چندان موفقیت‌آمیز نبوده و ماهیت آن همچنان ناشناس باقی مانده است. لذا تصور می‌شود که اگر این ماده وجود داشته باشد می‌تواند حدود ۸۵ درصد از کل مادۀ جهان و تقریبا ۲۵ درصد از انرژی آن را تشکیل دهد. در اینجا چند توضیح و دانستنی در خصوص “ماده تاریک” گفته می‌شود که فیزیکدانان در حال بررسی آنها هستند.
انواع ماده تاریک
۱-کوچک، ضعیف و فراگیر
اخترشناسان طبق این فرضیه “ماده تاریک” را بعنوان ماده‌ای فراگیر که تعامل ضعیفی با ماده و ذرات دارد دسته بندی می کنند. گزینه اصلی در این زمینه، ذرات سنگین با برهم‌کنش ضعیف(WIMPs) هستند. جرم این ذرات ۱۰ تا ۱۰۰ برابر پروتون است اما بر هم کنش ضعیف آن ها با ماده معمولی تشخیص آن ها را دشوار می کند. این ذرات سنگین با بارهای الکترومغناطیسی در تعامل نیستند، اما هنوز هم می‌توانند با استفاده از نیروی هسته‌ای ضعیف، عناصر جزئی را با مواد معمولی مبادله کنند، که باعث می‌شود در تئوری متوجۀ آنها شویم.
ذرات فرضی دیگری نیز وجود دارند که می‌توانند وجود “ماده تاریک” را اثبات نمایند. ذرات کم جرمی با دامنه محدود که به آنها اکسیون(Axion) گفته می‌شود. این ذرات هرگز دیده نشده‌اند؛ اما احتمالا می‌توانند توضیح دهند که چرا برخی از وارونگی‌های آینه‌ای در فیزیک کوانتومی آنطور که انتظار داریم، پدیدار نمی‌شوند. از آنجا که این ذرات به چیزهایی که می‌بینیم تجزیه می‌شوند، ممکن است در صورت وجود بتوانیم آنها را کشف نماییم.
۲- بزرگ، تاریک و ناچیز:
به جای اینکه “ماده تاریک” از نوع جدیدی از ماده ساخته شود، ممکن است به سادگی از اجرام معمولی ساخته شده باشد که به شکل ِ خارق‌العاده‌ای عمل می‌کنند. اجرام هاله‌ای بزرگ و فشردۀ اخترفیزیک(MACHOS) یا همان اجرام سنگین و ستاره مانندی که به اندازۀ کافی درخشان نیستند کاندیدی خوب برای اثبات وجود “ماده تاریک” هستند. متأسفانه، احتمالاً تعداد این اجرام در کیهان به اندازه‌ای نیست که بتواند حدود ۸۵ درصد از جهان را تشکیل دهد.
۳- اشتباه، اشتباه، اشتباه:
گرچه بعید به نظر می‌رسد، اما این احتمال نیز وجود دارد که ما در مورد چگونگی گرانش و ساختارهای موجود در کهکشان اشتباه کرده باشیم. اخترشناسان دائماً در حال آزمایش نسبیت عام اینشتین هستند و سعی می‌کنند کوچکترین مغایرت‌های موجود را کشف نمایند تا بتوانند راهی پیدا کنند که از طریق آن بتوان وجود “ماده تاریک” را بدون نیاز به اثبات وجود انواع جدید ذرات یا اشیاء عجیب و غریب اثبات کرد. پژوهشی با عنوان دینامیک نیوتنی اصلاح شده(MOND) بیان می‌کند که هیچ ماده تاریکی وجود ندارد و سرعت‌های فوق‌العاده بالای چرخش ستارگان و کهکشان‌ها به دور یکدیگر در نتیجۀ رفتار حیرت‌آور گرانش به وجود آمده است.
