نیوزتل: دانشمندان با بهره گیری از یک روش دقیق و جدید، مقدار کل ماده موجود در جهان را تخمین زده اند.
به گزارش نیوزتل به نقل از ایسنا و به نقل از نیو اطلس، دانشمندان اخیرا با بهره گیری از یک روش دقیق تر و جدید، مقدار کل ماده موجود در جهان را محاسبه کرده اند. آنها با محاسبه جرم صدها خوشه کهکشانی دریافتند که ماده، کمتر از یک سوم محتوای جهان را تشکیل می دهد.
هر آنچه در زندگی روزمره پیرامون خود می بینیم و با آن تعامل داریم در واقع تنها بخش کوچکی از آن چیزی که در کیهان است را تشکیل می دهد. مدت ها بود که تصور می شد نسبت بین ماده و انرژی تقریباً ۳۲ به ۶۸ است و اغلب ماده نیز حتی در این اقلیت، “ماده تاریک” است. مواد منظم یا “باریونیک” فقط حدود پنج درصد از همه ماده را در جهان می سازند.
این محاسبه جدید که توسط تیمی از دانشمندان به رهبری پژوهشگران دانشگاه “کالیفرنیا ریورساید” انجام شده است، بسیار دقیق انجام شده است. طبق این مطالعه، ماده حدود ۳۱.۵ درصد از کل محتوای جهان را تشکیل می دهد و ۶۸.۵ درصد باقیمانده “انرژی تاریک” است؛ نیرویی مرموز که بنظر می رسد مسئول افزایش سرعت انبساط جهان است.
“محمد عبدالله” نویسنده اول این مطالعه می گوید: اگر تمام مواد موجود در جهان بطور مساوی در فضا پخش شود، با تراکم جرمی ​​برابر با فقط شش اتم هیدروژن در هر متر مکعب مواجه خواهیم شد. با این وجود، از آنجائیکه می دانیم ۸۰ درصد ماده در جهان در واقع “ماده تاریک” است، در حقیقت، بیشتر این مواد از اتم های هیدروژن تشکیل نمی گردد، بلکه از نوعی ماده تشکیل شده است که کیهان شناسان هنوز آنرا نمی شناسند.
پژوهشگران برای رسیدن به نتیجه، ابزاری جدید به نام “GalWeight” را ابداع کردند که به آنها امکان می دهد جرم یک خوشه کهکشانی را با اندازه گیری مدارهای کهکشان ها به صورت جداگانه محاسبه کنند.
با بهره گیری از این روش روی ۷۵۶ خوشه کهکشانی پژوهشگران می توانند نتایج را با شبیه سازی نحوه تشکیل خوشه های کهکشانی مقایسه کنند. این شبیه سازی ها با مقادیر مختلف ماده شروع می شوند، بدین سبب با دیدن شرایط شبیه سازی شده که با مشاهدات مطابقت دارد، می توانند محتمل ترین میزان ماده موجود در جهان را تعیین کنند.
خوشه کهکشانی و برخی از گروه های شناخته شده آنها، بزرگ ترین اجرام جهان هستند. یک خوشه کهکشانی از سه بخش تشکیل شده است: کهکشان هایی که دارای میلیاردها ستاره اند، گاز داغ بین کهکشان ها و ماده تاریک، ماده ای با هویتی مرموز که بیشترین جرم کهکشان را تشکیل می دهد.

“جیلیان ویلسون” یکی از نویسندگان این تحقیق می گوید: ما موفق شده ایم یکی از دقیق ترین اندازه گیری های انجام شده با بهره گیری از روش خوشه کهکشانی را انجام دهیم. علاوه بر این، این نخستین استفاده از تکنیک مدار کهکشان ها است که با همان مقادیر و ارزش هایی که تیم های دیگر در روش های غیر خوشه کهکشانی مانند ناهمسانگردی های پس زمینه مایکروویو کیهانی، نوسانات صوتی باریون، ابرنواخترهای نوع Ia یا لنزهای گرانشی بهره برده اند، انجام شده است.
“ماده”(Matter) بطور کلی همه چیزهایی است که اشیاء فیزیکی را شامل می شوند و فضایی را اشغال می کند. معمول ترین تعریفی که از ماده وجود دارد این است که ماده هر چیزی است که حجم و جرم داشته باشد. به هر حال هنوز میان دانشمندان درباره تعریف دقیق ماده اتفاق نظر وجود ندارد. تا قبل از سده بیستم میلادی، اصطلاح ماده شامل ماده معمولی تشکیل شده از اتم ها بود و دیگر پدیده های انرژی مانند نور یا صدا را در بر نمی گرفت. این مفهوم از ماده، حالا به هر گونه چیزی که دارای جرم، حتی در حالت سکون، گسترش یافته ولی این تعریف ها هنوز نارسا است، برای اینکه جرم یک شیء خود می تواند در نتیجه حرکت و تعامل انرژی ها(احتمالاً بدون جرم) به وجود آید. بدین سبب یک تعریف جهانی و یک مفهوم اساسی و جامع برای آن در فیزیک امروز هنوز در دست نیست. واژه ماده نیز آزادانه بعنوان یک اصطلاح کلی برای هر چیز یا تمام اشیاء فیزیکی قابل مشاهده استفاده می شود.
همه چیزهایی را که در زندگی روزمره می توانیم لمس نماییم از اتم ها تشکیل شده اند. این ماده های ساخته شده از اتم ها که آنها هم به نوبه خود از تعامل ذرات زیراتمی شکل گرفته اند، معمولاً از یک هسته محتوی پروتون و نوترون و ابری از الکترون در مدار پیرامون هسته ساخته شده اند.
بطور معمول، از نظر علم، این ذرات کامپوزیت را ماده می انگارد، برای اینکه آنها هر دو شرط جرم و حجم را دارند. در مقابل، ذرات بدون جرم مانند فوتون ها، ماده در نظر گرفته نمی شوند، چونکه آنها نه جرم و نه حجم دارند. با این وجود، تمام ذرات با جرم هم دارای حجم(به مدلول کلاسیک) نیستند، برای اینکه ذرات بنیادی مانند کوارک ها و لپتون ها که گاهی اوقات با ماده برابرند، «ذراتی نقطه ای» در نظر گرفته شده اند که اندازه و حجم مؤثری ندارند. با وجود این، کوارک ها و لپتون ها با هم «ماده معمولی» را می سازند و اثر متقابل آنهاست که به ایجاد حجم مؤثر در ذرات مرکب که ماده معمولی را می سازند کمک می نماید.
“ماده تاریک”(Dark Matter) نیز نوعی از ماده است که فرضیه وجود آن در اخترشناسی و کیهان شناسی ارائه شده است تا پدیده هایی را توضیح دهد که بنظر می رسد ناشی از وجود میزان خاصی از جرم باشند که از جرم موجود مشاهده شده در جهان بیشتر است. ماده تاریک بطور مستقیم با بهره گیری از تلسکوپ قابل مشاهده نیست. مشخصاً ماده تاریک، نور یا سایر امواج الکترومغناطیسی را به میزان قابل توجهی جذب یا منتشر نمی نماید. به بیان دیگر ماده تاریک بسادگی ماده ای است که واکنشی نسبت به نور نشان نمی دهد. در عوض، وجود و خاصیت های ماده تاریک را می توان بطور غیرمستقیم و بوسیله تأثیرات گرانش بر روی ماده مرئی، تابش و ساختار بزرگ مقیاس جهان نتیجه گرفت.

اختر-فیزیک دانان فرضیه ماده تاریک را مطرح نمودند تا اختلاف میان جرم محاسبه شده برای اجرام غول پیکر آسمانی توسط دو روش استفاده از تأثیرات گرانشی آنها یا استفاده از مواد درخشان درون آنها (ستارگان، گاز و غبار) را توضیح دهند. این فرضیه اولین بار توسط “یان اورت” در سال ۱۹۳۲ برای توضیح سرعت های مداری ستارگان در کهکشان راه شیری و توسط “فریتس زوئیکی” در سال ۱۹۳۳ برای توضیح شواهد مربوط به “جرم گمشده” در سرعت های مداری کهکشان ها در خوشه های کهکشانی مطرح گردید. به دنبال آن خیلی از مشاهدات دیگر نیز مطرح گشت که دلالت بر وجود ماده تاریک در جهان داشتند. همچون این مشاهدات می توان به مشاهده سرعت های چرخشی کهکشان ها توسط “ورا روبین” در دهه های ۱۹۶۰–۱۹۷۰، همگرائی گرانشی اجسام پس زمینه توسط خوشه های کهکشانی همچون خوشه گلوله، الگوهای ناهمسانگردی دما در تابش زمینه کیهانی اشاره نمود. کیهان شناسان توافق نظر دارند که ماده تاریک عموما از نوعی ذره زیراتمی ناشناخته تشکیل شده است. جست وجو برای یافتن این ذره با بهره گیری از وسایل گوناگون یکی از کوشش های اصلی فیزیک ذرات بنیادی است.
بااینکه وجود ماده تاریک بطور عمومی توسط جامعه علمی مورد پذیرش قرار گرفته است، اما نظریه های جایگزینی نیز برای گرانش ارائه شده اند. مثلاً می توان به دینامیک نیوتونی اصلاح شده(MOND) یا گرانش تنسور-بردار-اسکالر(TeVeS) اشاره نمود که اهتمام در توضیح این مشاهدات غیرمعمولی بدون نیاز به معرفی جرم اضافی را دارند.
از طرفی در کیهان شناسی، “انرژی تاریک”(Dark Energy) نوع ناشناخته ای از انرژی است که همه فضا را به صورت فرضی در بر می گیرد و سرعت انبساط جهان را می افزاید. “انرژی تاریک” مقبول ترین فرضیه برای توضیح دادن مشاهدات اخیر است که می گویند جهان با آهنگ رو به افزایشی (با شتاب) در حال انبساط است. در منظومه شمسی تقریباً فقط شش تن انرژی تاریک درون شعاع مدار پلوتو یافت می شود. با این وجود، انرژی تاریک بیشتر جرم-انرژی جهان را تشکیل می دهد، برای اینکه بطور یکنواخت در فضا پخش شده است.
دو شکل برای “انرژی تاریک” ارائه شده است. یکی ثابت کیهان شناسی، یک چگالی انرژی ثابت که بطور همگن جهان را پر می کند و دیگری میدان های اسکالر؛ کمیت هایی دینامیکی که چگالی انرژی آنها می تواند در فضا و زمان تغییر کند. بخش هایی از میدان های اسکالر که در فضا ثابت هستند هم معمولاً در ثابت کیهان شناسی شمرده می شوند. ثابت کیهان شناسی می تواند به شکلی فرمول بندی شود که انرژی خلاء باشد. میدان های اسکالری که در فضا تغییر می کنند به سختی می توانند از ثابت کیهان شناسی باز شناخته شوند، برای اینکه تغییرات ممکنست فوق العاده آهسته باشد.
اندازه گیری های دقیقی از انبساط جهان برای فهمیدن اینکه نرخ انبساط چگونه در طول زمان تغییر می کند، لازم است. در نسبیت عام، سیر تکاملی انبساط جهان به وسیله معادله حالت کیهانی (رابطه بین دما، فشار و ترکیب ماده، انرژی و چگالی انرژی خلاء در هر ناحیه از فضا) فرمول بندی می شود. امروزه اندازه گیری معادله حالت انرژی تاریک یکی از بزرگترین کوشش های کیهان شناسی رصدی است.
بااینکه این اطلاعات ممکنست برای عموم مردم مهم نباشد، اما درک تکامل جهان می تواند در نهایت به ما کمک نماید تا سرانجام از راز ماده تاریک و انرژی تاریک پرده برداریم.
این مطالعه در مجله Astrophysical انتشار یافته است.

منبع: newstel.ir