ماده ی تاریک چیست؟
اینشتین در سخنانی پیرامون بسط زمان و مکان همچنین نسبیت عام و خاص خود گریزی به جسم تاریک می زند و جان مایه ی جهان هستی را جسم تاریک می داند. او با بیان این که بشر قادر به تولید جسم تاریک و یا نور تاریک نیست ولی می تواند نور سفید تولید کند آن را دلیلی بر بستر تاریک جهان که وجود دارد و انسان نمی تواند آن را تولید کند می پردازد.
تاریخچه ماده تاریک
به گزارش بیگ بنگ، اختر - فیزیکدانان فرضیه ماده تاریک را مطرح نمودند تا اختلاف میان جرم محاسبه شده برای اجرام غول‌پیکر آسمانی توسط دو روش استفاده از تاثیرات گرانشی آنها و یا استفاده از مواد درخشان درون آنها (ستارگان، گاز، غبار) را توضیح دهند. این فرضیه نخستین بار توسط یان اورت در سال ۱۹۳۲ برای توضیح سرعت‌های مداری ستارگان در کهکشان راه شیری و توسط فریتز زوییکی در سال ۱۹۳۳ برای توضیح شواهد مربوط به «جرم گمشده» در سرعت های مداری کهکشان ها در خوشه‌های کهکشانی، مطرح گردید. در پی آن بسیاری از مشاهدات دیگر نیز مطرح گشت که دلالت بر وجود ماده تاریک در جهان داشتند. از جمله این مشاهدات می‌توان به مشاهده سرعت های چرخشی کهکشان ها توسط ورا رو بین در دهه های ۱۹۶۰-۱۹۷۰، همگرایی گرانشی اجسام پس زمینه توسط خوشه‌های کهکشانی همچون خوشه گلوله، الگوهای ناهمسان گردی دما در تابش زمینه کیهانی اشاره نمود. کیهان‌شناسان توافق نظر دارند که ماده تاریک عمدتاٌ از نوعی ذره زیر اتمی ناشناخته تشکیل شده است. جستجو برای یافتن این ذره با استفاده از وسایل گوناگون یکی از تلاش های اصلی فیزیک ذرات بنیادی است.
مشاهده و تاثیرات ماده تاریک
ستاره شناسان قادر به مشاهده مستقیم ماده تاریک نیستند اما می توانند به بررسی تاثیرات آن بپردازند. نزدیک به چهل سال است که اخترشناسان با بررسی اثرات گرانشی در کهکشان‌ها و خوشه های کهکشانی متوجه شده‌اند ماده معمولی که به شکل ستارگان و ابرهای گرد و غبار و توده‌های عظیم گاز دیده می‌شود، عامل حدود ۱۵ درصد از این نیروی گرانشی است. دانشمندان بقیه این نیروی گرانشی عظیم را به ماده مرموزی با نام ماده تاریک نسبت داده اند که جز با اثر گرانشی اش به هیچ روش شناخته شده دیگری قابل تشخیص نیست.
واضح است که ماده‌ی تاریک در مقیاس بزرگ تر نمود بیشتری پیدا می‌کند، به همین دلیل دانشمندان با بررسی ۱۳۵ تصویر عدسی گرانشی از ۴۲ کهکشان دور دست در خوشه کهکشانی آبل ۱۶۸۹ موفق شدند نقشه ماده تاریک درون این خوشه کهکشانی را بدست بیاورند. این ۴۲ کهکشان دور دست بین ۷ تا ۱۲ میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارند و اگر عدسی گرانشی آبل ۱۶۸۹ نبود، امکان نداشت آن ها را مشاهده کرد. محققان معتقدند ماده تاریک و انرژی تاریک تشکیل دهنده بخش زیادی از جرم موجود در جهان قابل مشاهده هستند. اجزای ماده تاریک جرم بسیار بیشتری از قسمت دیده شدنی کائنات دارند.
هرچند با اطلاعات جدیدتر از جمله نقشه‌های تلسکوپ فضایی پلانک متوجه شده‌ایم که ماده تاریک ۲۶.۸ از محتوای ماده-انرژی کیهان را تشکیل می‌دهد، اما ماهیت آن هنوز یک معما است. در صدر فهرست کاندیدا های ماده تاریک، ذرات سنگین با بر هم کنش ضعیف (WIMP) قرار دارند. آکسیون‌ها که ذراتی به مراتب سبک تر و سرد ترند، در ردیف بعدی جای گرفته اند. آشکار ساز های متعددی در سراسر دنیا به دنبال شکار این دو نامزد ماده تاریک هستند. پیش از این سیگنال‌هایی از WIMP دیده شده بود، اما این مشاهده ها قطعی نبودند، حال آنکه تنها مورد مشاهده سیگنال اکسیون، بعدها رد شد. به تازگی نیز دانشمندان با بررسی سیگنال های مرموز و مشابهی که در بیش از ۷۰ خوشه کهکشانی مشاهده کردند و آن را به واپاشی " نوترینوهای استریل " ، ذرات ناباروری که تاکنون یافته نشده اند و به سختی با ماده ی معمولی برهم کنش انجام می دهند نسبت دادند و این ذرات را کاندیدی برای ماده تاریک محسوب کردند.
آشکار سازی ماده تاریک
تحقیقات روی رفتار ماده‌ی تاریک و هویت واقعی آن همچنان ادامه دارد و دانشمندان از تکنیک های مختلفی در اختر فیزیک برای آشکار سازی این ماده مرموز استفاده می کنند که در زیر نام می بریم:
1- در شتاب دهنده بزرگ هادرونی
۲- با استفاده از داده های ماهواره های WMAP و پلانک
۳- آزمایشات تشخیص مستقیم برای شناخت ماده تاریک
۴- آزمایشات تشخیص غیر مستقیم: آشکار ساز های اشعه گاما ( فرمی در فضا و تلسکوپ چرنکوف در زمین تلسکوپ های نوترینو (lceCube , antares ) آشکار ساز های پاد ماده (Pamela , ams-02) و تجهیزات امواج ایکس و رادیویی استفاده می شود.)
برای توضیح ساده ی نیروی گرانش ماده ی تاریک می توان مثالی ساده زد. هنگامی که شما دستتان را بر روی میز می گذارید و آن را لمس می کنید نیرویی توسط میدان های الکترو مغناطیس که به شکل جاذبه ای و دافعه ای می باشند باعث می شود که دست شما به میز بچسبد و شما آن را لمس کنید. گاهی در فیزیک کلاسیک برای محاسبه ی نیرویی نام آن را اصطکاک می نامند. حال ماده ی تاریک ماهیت کاملا متفاوتی دارد و از نوع ماده ی معمولی که از قوانین جاذبه ای و دافعه ای پیروی می کند نمی باشد. یعنی وقتی شما در اتاق خود در تاریکی به سر می برید اگر ماده ی تاریکی وجود داشته باشد که به احتمال زیاد وجود دارد از بدن شما عبور می کند و شما نمی توانید آن را حس کنید. ولی جاذبه ی آن که شاید نوعی جاذبه ی متفاوت بوده را حس می کنید این فرآیند برای محیط های کوچک بشری محسوس نیست ولی در ابر کهکشان ها و سیاهچاله ها می توان آن و نیروی عظیم آن را حس کرد.
آیا ماده ی تاریک به پیچیدگی ماده ی استاندارد و قابل مشاهده است؟
سوالی که گاهی ذهن دانشمندان را درگیر خود می کند این است که آیا ماده ی تاریک مانند مواد دیگر دارای روابطی مشخص بوده و نیروهای مختلفی در آن حاکم است یا خیر و یا کهکشان های نامرئی که از ماده ی تاریک تشکیل شده اند وجود دارند یا خیر و حتی زندگی و سیاراتی از ماده ی تاریک در جهان وجود دارد یا خیر.
این ها سوالاتی است که گاهی فکر و تخیل اندیشمندان در این زمینه را به خود جلب می کند.
با توجه به تئوری های مطرح شده در مورد ماده ی تاریک دانشمندان پیچیدگی آن را رد می کنند و این که شاید ماده ی تاریک از ساختار اتمی تاریک وجود داشته باشد حتما باید تراکم اتمی و چینش اتمی نیز وجود داشته باشد ولی با توجه به این که ماده ی تاریک از ابر الکترونی عبور می کند و قادر نیست از هسته ی اتم عبور کند نمی تواند از اتم های تاریک تشکیل شده باشد. بعد از آن نکته ی دیگر که دانشمندان بر آن باورند این است که ماده ی تاریک باید ساختار ساده ای داشته باشد و نمی تواند با توجه به ماهیت خود ساختار پیچیده ای داشته باشد. بیشتر مشابه پف بوده و در عرض تغییر طول نمی یابد و بیشتر به شکل حباب هایی پیوسته بوده که تنها در نیروی جاذبه در حجم های وسیع شناخته می شود و این پیچیدگی آن را رد می کند.