نیروی گرانش کیهان متناسب با مقدار ماده افزایش میابد پس سرنوشت کیهان به ماده بستگی دارد . اگر چگالی ماده موجود در کیهان بیشتر از چگالی بحرانی باشد , جاذبه گرانشی بالاخره بر انبساط فعلی غلبه کرده و انقباض کیهان شروع میشود . {تا اینجا انرژی تاریک را در نظر نگرفتیم }

حال سوال اینجاست چگونه کل ماده موجود در کیهان را میتوانیم تعین کنیم ؟ به کمک (میدان مغناطیسی و گرانش ) میتوان براوردی از مقدار ماده در کیهان کرد . بررسی امواج الکترومغناطیس از فضا توسط تلسکوپهای پیشرفته بر گستره وسیعی از طول موج ها (رادیویی تا فرابنفش ) به همراه مدل سازی کامپیوتری این کمک را میکند که بتوان براوردی به خوبی از مقدار ماده در کیهان کرد .

توزیع ماده در مقیاس بزرگ همگن و همسانگرد است . با دانستن مقدار ماده نمونه معینی از کیهان و حجم کل کیهان میتوان کل ماده مرئی در جهان را براورد نمود .

به ادامه مطلب بروید 
 


امروزه ثابت شده است سهم ماده مرئی در چگالی کیهان کمتر از 0.1 چگالی بحرانی است در نتیجه اینکه اگر همه ماده کیهان مرئی باشد انگاه انبساط کیهان تا ابد ادامه دارد .

شواهد کیهان شناسی نشان میدهد 95 درصد کیهان تاریک است و هیچ گونه تابش الکترومغناطیسی از خود تابش نمیکند . این ماده تاریک هست که سرنوشت کیهان ما را تعین میکند  پس لازمه مقدار ماده تاریک را براورد کنیم . پاسخ یافتن ماده تاریک در اثرات گرانشی است . چرا که از طریق اثرات گرانشی در خوشه های کهکشانی میتوان بهتر به وجود این ماده مرموز پی برد .

*اما چگونه میتواند مقدار ماده تاریک را در یک کهکشان اندازه گرفت ؟

در اطراف کهکشانهای مارپیچی ابرهای هیدروژنی رقیقی وجود دارد که حول مرکز ان کهکشان میچرخند . اگر چنین کهکشانهایی را از لبه بنگریم به نظر میرسد این ابرهای هیدروژنی در دوطرف کهکشان در جهتهای مختلفی در حرکتند . یکی به سمت ما و دیگری در حال دور شدن از ماست .  این ابرهای هیدروژنی تابشی با طول موج معین گسیل میکند و به دلیل اثر دوپلر , نور تابشی از ابرهایی که در حال دور شدن از ما هستند به قرمز میگراید و انهایی که در حال نزدیک شدن به ما هتند به ابی میگرایند .

پس با اندازه گیری این جابه جایی ها میتوان سرعت حرکت این ابرها در لبه کهکشان را تعین کرد سپس با دانستن سرعت حرکت و فاصله انها از مراکز کهکشان میتوان مقدار ماده موجود در ان کهکشان را براورد کرد .

اما یک مساله مهمی هست. خب با سرعت حرکت ابرهای هیدروژنی لبه کهکشانها یا یم ستاره فرضی در لبه یک کهکشان میتوان جرم کهکشانی را تعین کرد اما محاسبات نشان میدهد که جرم ماده مرئی موجود در کهکشانها خیلی کمتر از ان است که بتواند سرعت به دست امده برای ابرهای هیدروژنی  لبه کهکشان ها را تامین کند . و نیاز به جرم بیشتری در کهکشان است . یعنی جرمی معادل 10 برابر ماده مرئی نیاز است .

پس بعبارتی ماده تاریک موجود در کهکشان 10 برابر پرجرم تر از ماده مرئی است . شواهد نشان میدهد کهکشانها هاله ای از ماده تاریک در اطراف خود دارند و بیشتر نیروی گرانش کهکشانها ناشی از ماده تاریک است . پس نتیجه اینکه ماده مرئی در دینامیک کهکشانها نقش ناچیزی دارند . و بیشتر به ماده تاریک بستگی دارد .

پس ماده تاریک در ابعادی به شعاع 3-4 برابر شعاع ماده مرئی در اطراف کهکشان ها پراکنده شدند . مثلا اگر شعاع کهکشانی 20 کیلوپارسک باشد {هر پارسک تقریبا 3 سال نوری است }  انگاه شعاع هاله تاریک 60-70 کیلوپارسک است . اما مرز دقیق ندارد . دلیل انهم اینست که ابرهای هیدروژنی را فقط تا فاصله مشخصی از کهکشان میتوان اشکار کرد .

*ایا ماده تاریک در مقیاس هایی بزرگ مثل خوشه های کهکشانی هم وجود دارد ؟

جرم مرئی در یک خوشه کهکشانی با دانستن جرم مرئی همه کهکشانها تعین میشود . اما هر یک از کهکشانها هاله ای تاریک در اطراف خود دارند . پس طبیعی است که کل خوشه کهکشانی نیز مقدار زیادی ماده تاریک داشته باشد ولی چون اندازه این هاله واقعی نیست نمیتوان تخمین دقیق زد . در این مورد میتوان از روی سرعت حرکت کهکشانهای درون خوشه میتوان جرم کل ان در نتیجه مقدار ماده تاریک را تعین کرد .

مشاهدات نشان میدهد که ماده تاریک موجود در خوشه های کهکشانی 10-100 برابر مقدار ماده مرئی است .

*ایا غیر از مطالعه سرعت کهکشان ها در خوشه ها و ابر های هیدروژنی میتوان به ماده تاریک پی برد ؟

پاسخ مثبت است . قبلا گفتیم ماده تاریک تاثیراتی گرانشی دارد و از روی اثرات ان که باعث خمیدگی مسیرهای پرتو نور میشود . پس توده ای از ماده تاریک میتواند از روی تاثیری که روی نور پشت سر اجسام میگذارد اشکار و اندازه گیری کرد. این پدیده در کهکشان خودمون نیز ازمایش شده است . بدین ترتیب که اندازه ستارگان به دلیل تاثیر کانونی که ماده تاریک بر انها بزرگتر جلوه میکند .

این اثر در خوشه های کهکشانی نیز مشاهده شده است . امروزه دانشمندان توسط تلسکوپ هابل توانستند یکی از دقیق ترین نقشه های مربوط به ماده تاریک را تهیه کنند – جالب این جاست این تصویر نشان میدهد که خوشه های کهکشانی پرجرم احتمالا زودتر از انچه تصور میشه شکل گرفتند .

**ماده تاریک واقعا از چه چیزی ساخته شده است ؟

در نگاه اول با مطالعه روی اثرات گرانشی تصور میشد مثل بقیه مواد کیهان از پروتون نوترون تشکیل شده است . دلیل انهم اینه که یک کهکشان میتواند مقدار عظیمی جرم داشته باشد که نور ساتع نمیکند پس دیده نمیشود . توضیح اینکه مقدار ماده باریونی (نوترون و پروتون ) موجود در کیهان را با مطالعه انفجار بزرگ میتوان تخمین زد . وقتی بیگ بنگ رخ داد همه انواع ذرات تولید شدند . جهان شروع به رشد و دمای ان مدام پایین میامد سپس ساختارهایی اصلی ماده مثل پروتون الکترون و پروتون شروع به سرد شدن کردند و تشکیل عناصر هیدروژن و هلیوم دادند . و به تدریج عناصر سنگین شکل گرفتند و در نتیجه ماده هایی که امروز در کیهان میبینیم .

محاسبات نشان میدهد مقدار ماده باریونی اعم از ماده مرئی در مجموع کمتر از 10 درصد از ماده موجود در کیهان را تشکیل میدهد پس باید قسمت عمده ی ماده تاریک از چیزی غیر از پروتون و نوترون و الکترون ساخته شده باشد . در طبیعت علاوه بر باریون ها ذرات دیگری به نام "لپتون ها " وجود دارند . 6 نوع لپتون داریم  که مشهور ترین انها الکترون است که بهمراه نوترون و پروتون اتمها را تشکیل میدهند . . دو نوع لپتون دیگر "میون ها " و " تاو " ها هستند . که به ترتیب 200 برابر و 3000 برابر جرم الکترون ها است .

به هر کدام از این سه لپتون ذره ای به نام "نوترینو " نسبت میدهند . پس در طبیعت سه نوع نوترینو داریم : نوترینوی الکترون – نوترینوی میون – نوترینوی تاو .

این سه نوع نوترینو بهمراه "الکترون –پروتون و نوترون " شش عضو خانواده لپتونها هستند

نوترینو ها مهمترین کاندیدای ماده تاریک غیر باریونی است . به غیر از الکترون که در طبیعت به وفور یافت میشود سایر لپتون ها در ازمایشگاه تولید میشوند . محاسبات نیز نشان میدهند جرم نوترینو ی الکترون حدود 12 الکترون ولت است . (الکترون ولت واحد انرژی است )

هنوز مشخصئنیست جرم دقیق نوترینو ها چقدر است . سوال این جاست با وجود این جرم بسیار ریز و کم چطور میتوان انها را عضو کاندیدای ماده تاریک دانست ؟ تعداد کل نوترینوهای عالم 3 میلیون برابر تعدا د نوکلئونها (پروتونها و نوترونها ) میباشد .

پس چگالی جرم کل ناشی از نوترینو ها ممکنه 10 برابر چگالی جرمی نوکلئونها باشد برای همین است که این ذرات میتوانند گزینه مناسبی برای ماده تاریک باشند . با این حال اشکار نمودن نوترینو ها کار بسیار مشکلی است چرا که انها با نیروی هسته ای قوی و الکترومغناطیس برهم کنش ندارند .

نوترینو ها بسته به جرم و سرعت حرکتشان به دو دسته تقسیم میشوند . نوترینوی داغ و سرد. {یا بهتره بگوییم ماده تاریک داغ و سرد }

ماده ترایک داغ : شامل نوترینوهایی است که با سرعت نزدیک به نور حرکت و 30%فراوانی فوتونهای کیهان است . و به دلیل سبکی انها جرم کل انها در کیهان انقدر نیست که بتواند ماده تاریک را شامل گردد . نوترینوهای داغ نمیتوانند وجود ماده تاریک در ساختارهای کوچک و ساختار های اولیه کیهان را توضیح دهد

ماده تاریک سرد : شامل نوترینوهایی است که جرم سنگین دارند و باسرعت کمتری نسبت به نور هستند و جرمشان ممکنه ده ها مگا الکترون باشند

بسیاری از مدلهای دیگر ذراتی به نام wimp  یا ویمپ را به کاندیدای ماده تاریک اظافه کردند ذراتی پرجم با برهم کنش ضعیف  .

لینک قسمت های قبلی :

قسمت اول = http://hoshefarazamini.persianblog.ir/post/1031/


قسمت دوم =2)http://hoshefarazamini.persianblog.ir/post/765/


قسمت سوم =3)http://hoshefarazamini.persianblog.ir/post/395/


{با نام سایت هوش فرازمینی و نویسنده به اشتراک بگذارید }  



تاريخ : ۱۳٩٤/۱/٧ | ٤:۱٤ ‎ب.ظ | نویسنده : arash | نظرات ()
  • ویندوز سون | آنکولوژی