کهکشان‌هایی که ماده تاریک را به چالش می‌کشند

به گزارش گروه دانش و فناوری، تصور می‌شود کهکشان‌های اولیه زمانی شکل گرفته‌اند که نیروی گرانشی ماده تاریک به ‌آرامی از هیدروژن و هلیوم کافی برای مشتعل کردن ستارگان جذب استفاده کرده است اما یک پژوهش جدید به سرپرستی اخترفیزیک‌دانان «دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس»(UCLA) نشان می‌دهد که پس از وقوع «انفجار بزرگ»، هیدروژن و گاز هلیوم با سرعت‌های بسیار بالا از توده های متراکم و متحرک ماده تاریک سرد منعکس شده‌اند. هنگامی که گاز در هزاران سال بعد سقوط کرد، ستاره‌ها یک‌باره شکل گرفتند و کهکشان‌های کوچک و فوق‌العاده درخشان را ایجاد کردند.

به نقل از میراژ نیوز، اگر مدل‌های ماده تاریک سرد درست باشند، «تلسکوپ فضایی جیمز وب» باید بتواند تکه‌هایی از کهکشان‌های درخشان را در کیهان اولیه بیابد و به طور بالقوه اولین آزمایش مؤثر را برای نظریه‌های ماده تاریک ارائه دهد. اگر این طور نباشد، دانشمندان باید به بررسی ماده تاریک برگردند.

تلسکوپ فضایی جیمز وب طی یک سال و نیم گذشته، عکس‌های حیرت‌انگیزی را از کهکشان‌های دوردست ثبت کرده است که مدت کوتاهی پس از انفجار بزرگ شکل گرفته‌اند. این عکس‌ها اولین نگاه‌های اجمالی جیمز وب را از جهان نوزاد به دانشمندان نشان می‌دهند. اکنون، گروهی از اخترفیزیک‌دانان این موضوع را مطرح کرده‌اند که کوچک‌ترین و درخشان‌ترین کهکشان‌ها را باید در نزدیکی زمان آغاز آنها یافت. در غیر این صورت، دانشمندان باید کاملا در نظریه‌های خود درباره ماده تاریک تجدید نظر کنند.

این گروه پژوهشی، شبیه‌سازی‌هایی را اجرا کردند که شکل‌گیری کهکشان‌های کوچک را پس از انفجار بزرگ دنبال می‌کنند و برای اولین بار به بررسی تعامل بین گاز و ماده تاریک می‌پردازند که پیشتر نادیده گرفته شده بود. آنها دریافتند که کهکشان‌های بسیار کوچک ایجادشده، بسیار درخشان‌تر و سریع‌تر از شبیه‌سازی‌های معمولی هستند که این فعل و انفعالات را در نظر نمی‌گیرند و در عوض، کهکشان‌های بسیار کم‌نورتر را آشکار می‌کنند.

کهکشان‌های کوچک که کهکشان‌های کوتوله نیز نامیده می‌شوند، در سرتاسر کیهان وجود دارند و اغلب تصور می‌شود که قدیمی‌ترین نوع کهکشان را نشان می‌دهند. بنابراین، کهکشان‌های کوتوله به ویژه برای دانشمندانی جالب هستند که منشاء جهان را مطالعه می‌کنند اما کهکشان‌های کوچکی که دانشمندان می‌یابند، همیشه با آنچه تصور می‌شود مطابقت ندارند. نزدیک‌ترین نمونه‌های آنها به راه شیری، سریع‌تر می‌چرخند یا به اندازه شبیه‌سازی‌ها متراکم نیستند. این نشان می‌دهد که مدل‌ها ممکن است چیزی را مانند این فعل و انفعالات گاز و ماده تاریک حذف کرده باشند.

این پژوهش جدید، شبیه‌سازی‌ها را به واسطه افزودن تعامل ماده تاریک با گاز بهبود می‌بخشد و نشان می‌دهد که این کهکشان‌های کم‌نور ممکن است در اوایل تاریخ کیهان و زمانی که تازه شروع به شکل‌گیری کردند، بسیار درخشان‌تر از حد انتظار بوده باشند. این گروه پژوهشی معتقدند که دانشمندان باید تلاش کنند تا با استفاده از تلسکوپ‌هایی مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب، کهکشان‌های کوچکی را پیدا کنند که بسیار روشن‌تر از حد انتظار هستند. اگر دانشمندان فقط کهکشان‌های کم‌رنگ را پیدا کنند، ممکن است برخی از ایده‌های آنها در مورد ماده تاریک اشتباه باشد.

ماده تاریک نوعی ماده فرضی است که با الکترومغناطیس یا نور تعامل ندارد. بنابراین، مشاهده کردن آن با استفاده از تجهیزات نوری، الکتریسیته یا مغناطیس غیرممکن است اما ماده تاریک با گرانش تعامل دارد و حضور آن از اثرات گرانشی آن بر ماده معمولی استنباط شده است. ماده معمولی، ماده‌ای است که همه جهان قابل مشاهده را تشکیل می‌دهد. حتی با وجود این که تصور می‌شود ۸۴ درصد از ماده جهان از ماده تاریک تشکیل شده، این ماده هرگز به طور مستقیم کشف نشده است.

همه کهکشان‌ها توسط یک هاله وسیع از ماده تاریک احاطه شده‌اند و دانشمندان باور دارند که ماده تاریک برای شکل‌گیری آنها ضروری است. «مدل استاندارد کیهان‌شناسی» که اخترفیزیک‌دانان برای درک کردن شکل‌گیری کهکشان‌ها از آن استفاده می‌کنند، نشان می‌دهد که چگونه توده‌های ماده تاریک در کیهان بسیار اولیه از طریق گرانش، ماده معمولی را جذب ‌کردند و به شکل‌گیری ستاره‌ها و ایجاد کهکشان‌های امروز کمک کردند. از آنجا که تصور می‌شود بیشتر ذرات ماده تاریک موسوم به «ماده تاریک سرد» بسیار کندتر از سرعت نور حرکت می‌کنند، این روند انباشتگی به تدریج رخ داده است.

بیش از ۱۳ میلیارد سال پیش و قبل از تشکیل شدن اولین کهکشان‌ها، ماده معمولی متشکل از گاز هیدروژن و هلیوم ناشی از انفجار بزرگ و ماده تاریک نسبت به یکدیگر در حال حرکت بودند. این گاز با سرعت‌ بسیار بالا از کنار انبوه‌ متراکم ماده تاریک با حرکت آهسته‌تر عبور کرد که باید آن را به داخل می‌کشید تا کهکشان‌ها را تشکیل دهد.

«کلر ویلیامز»(Claire Williams) پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: در واقع، در مدل‌هایی که این جریان را در نظر نمی‌گیرند، دقیقا چنین اتفاقی رخ می‌دهد. گاز به سمت کشش گرانشی ماده تاریک جذب می‌شود و توده‌های بسیار متراکمی را می‌سازد که هم‌جوشی هیدروژنی می‌تواند در آنها رخ دهد. در نتیجه، ستاره‌هایی مانند خورشید ما تشکیل می‌شوند.

اما ویلیامز و همکارانش که گروهی از اخترفیزیک‌دانان آمریکا، ایتالیا و ژاپن به سرپرستی «اسمادار نائوز»(Smadar Naoz) استاد فیزیک و ستاره‌شناسی دانشگاه کالیفرنیا لس‌آنجلس بودند، دریافتند که اگر اثر جریان سرعت‌های گوناگون بین ماده تاریک و ماده معمولی را به شبیه‌سازی‌ها اضافه کنند، گاز به دور از ماده تاریک فرود می‌آید و بلافاصله از تشکیل شدن ستاره‌ها جلوگیری می‌شود. هنگامی که گاز انباشته‌شده میلیون‌ها سال بعد دوباره به کهکشان سقوط کرد، یک فوران بزرگ از تشکیل ستاره به یک‌باره رخ داد. از آنجا که این کهکشان‌ها برای مدتی ستاره‌های جوان، داغ و درخشان بیشتری را نسبت به کهکشان‌های کوچک معمولی داشتند، بسیار درخشان‌تر بودند.

ویلیامز گفت: اگرچه این جریان، تشکیل شدن ستاره را در کوچک‌ترین کهکشان‌ها سرکوب کرد اما به تقویت تشکیل شدن ستاره در کهکشان‌های کوتوله انجامید. ما پیش‌بینی می‌کنیم که تلسکوپ جیمز وب قادر خواهد بود تا مناطقی از جهان را پیدا کند که کهکشان‌ها در آن‌ها درخشان‌تر هستند و با این سرعت افزایش می‌یابند. این واقعیت که آنها باید بسیار درخشان باشند، شاید کشف کردن این کهکشان‌های کوچک را که تشخیص دادن آنها معمولا ۳۷۵ میلیون سال پس از انفجار بزرگ بسیار دشوار است، برای تلسکوپ آسان‌تر کند.

از آنجا که مطالعه مستقیم ماده تاریک غیرممکن است، جستجوی تکه‌های درخشان کهکشان‌ها در جهان اولیه می‌تواند آزمون مؤثری برای نظریه‌های ماده تاریک باشد که تاکنون بی‌ثمر بوده‌اند.

این پژوهش در «The Astrophysical Journal Letters» به چاپ رسید.

انتهای پیام