کشف راز ماده مرئی گمشده در جهان: ابرهای هیدروژن یونیزه در فضای بین کهکشانی
اخترشناسان در نهایت موفق شدند راز ماده گمشده جهان را فاش کنند. مادهای که دههها از نگاه بشر پنهان مانده بود. یک تحقیق تازه نشان میدهد که این ماده به صورت ابرهای عظیم از هیدروژن یونیزه در فضای بین کهکشانی نهان شده است.
بر اساس گزارشی از ساینس آلرت، محققان در یک مطالعه جدید متوجه شدند نیمی از ماده مرئی جهان که مدتها گمشده شناخته میشد، در کجا پنهان شده است. این ماده در حومه کهکشانها، به شکل ابرهای عظیم و نامرئی از هیدروژن یونیزهشده وجود دارد.
🔗 بیشتر بخوانید: آیفون در سال 2023 هم چنان پیشتاز مهم بازار جهانی تلفنهای پریمیوم است
معمولاً ردیابی چنین مادهای غیرممکن است، اما یک تیم بینالمللی بزرگ از اخترشناسان و اخترفیزیکدانان روشی نوین ابداع کردهاند که مکان پنهان شدن آن را در تاریکی میان ستارگان آشکار میکند.
تا به امروز تحقیقات مختلف پذیرفتهاند که نیمی از ماده گمشده جهان به صورت غبار بین کهکشانی از هیدروژن وجود دارد که بسیار دورتر از هستههای فعال کهکشانها به بیرون پرتاب شده است. «بوریانا هاجیسکا»، اخترشناس دانشگاه کالیفرنیا، برکلی و آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، میگوید:
🔗 بیشتر بخوانید: شیائومی 14 اولترا به گمان زیادً دارای دوربین زیر نمایشگر خواهد می بود
«ما فکر میکنیم اگر نواحی دورتر از کهکشان را نیز بررسی کنیم، میتوانیم تمام گاز گمشده را بیابیم. برای دقت بیشتر، باید با بهرهگیری از همانندسازیها، تحلیلی دقیقتر انجام دهیم؛ کاری که تا این لحظه انجام ندادهایم. تصمیم داریم این کار را با دقت کامل پیش ببریم.»
ماده معمولی یا «ماده باریونی»، تنها حدود ۵ درصد ترکیب ماده-انرژی در جهان را تشکیل میدهد. باقی ماده و انرژی تاریک است که شامل ۲۷ درصد ماده تاریک و ۶۸ درصد انرژی تاریک میشود. بر اساس نظر دانشمندان، بخش قابل توجهی از ماده باریونی گم شده و معلوم نیست کجا رفته است.
همینطور بخوانید: دانشمندان آمریکایی: انرژی تاریک ضعیفتر شده است
هیدروژن نزدیک به ۹۰ درصد اتمهای جهان را تشکیل میدهد و از نظر جرم نیز ۷۳ درصد جرم کل جهان را به خود اختصاص میدهد؛ به این دلیل بخش عمدهای از ماده باریونی گمشده هیدروژن است. برآوردهای دانشمندان نشان میدهد بیش از ۵۰ درصد هیدروژن موجود در جهان عملاً «گم» شده است.
ردیابی ماده باریونی گمشده با کمک تابش پسزمینه کیهانی
هیدروژن میتواند در فضا تحت تأثیر تابش یونیزه شود و درخششی ضعیف داشته باشد، اما گازها در فضای بین کهکشانی پراکنده هستند و درخشششان آنقدر کم است که با روشهای معمول شناسایی نشوند.
دانشمندان در تحقیق تازه روشی دیگر برای یافتن ابرهای نامرئی هیدروژن گسترش دادهاند. در این روش که اخیراً مورد توجه قرار گرفته، تغییرات نوری که از پشت این ابرها عبور میکند، رصد میشود؛ یعنی رصد «تابش پسزمینه کیهانی». پسزمینه کیهانی همان نور نخستین جهان است که همانند یک فسیل از دوران آغازین کیهان، سراسر فضا را پر کرده است.
«سیمون فرارو»، کیهانشناس آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، میگوید:
«تابش پسزمینه کیهانی پشت هر چیزی در جهان دیده میشود، قرار دارد. این نور در واقع لبه جهان مشهود است؛ به همین دلیل، میتوان از این تابش به جای نور پسزمینه بهره گرفت تا ببینیم گازها کجا قرار دارند.»
هنگامی که این نور از میان ابرهای پراکنده هیدروژن یونیزه عبور میکند، بر اثر پراکندگی از الکترونهای موجود در گاز، مقداری روشنتر یا کمنورتر میشود. به این پدیده «تأثیر سونیائف-زلدوویچ» (Kinematic Sunyaev-Zel’dovich Effect) میگویند. قطعاً همانطور که میدانید، تابش پسزمینه کیهانی بسیار ضعیف است و دیدن آن اصلاً آسان نیست.
راهحل دانشمندان برای برطرف کردن این مشکل برهم نهادن دادهها (stacking) بود. محققان دادههای تعداد زیادی رصد را گردآوری کردند و با قرار دادن آنها روی یکدیگر، ویژگیهای بسیار کمنور را برجسته ساختند. این تحقیق روی بیش از یک میلیون کهکشان قرمز درخشان انجام شد که در شعاع نزدیک به ۸ میلیارد سال نوری از راه شیری قرار دارند.
نتایج نشان داد هالههای هیدروژنی که این کهکشانها را در بر گرفتهاند، بسیار بزرگتر از آنچه پیشتر فکر میشدند هستند. حتی گمانهزنی شده که این هالهها ممکن است مراتب بزرگتر از آنچه در این رصد شناسایی شده باشند، باشند. فرارو میگوید:
«اندازهگیریها کاملاً با این فرضیه سازگارند که تمام گاز گمشده را آشکار کردهایم!»
کشف ماده گمشده سوالات تازهای مطرح کرده است
همانطور که در علم اخترشناسی رایج است، این کشف سوالات تازهای نیز مطرح میکند. هالههای هیدروژنی هم از گازهایی که از بیرون به درون کهکشان سقوط میکنند، تغذیه میشوند و هم از فازهای فعال سیاهچالههای ابرپرجرم مرکز کهکشانها.
هنگامی که سیاهچاله با نرخ بالا تغذیه میکند، میدان مغناطیسی آن جتهای عظیم از ماده را به بیرون پرتاب میکند که میتوانند میلیونها سال نوری در فضاهای بین کهکشانی گسترش یابند. چنین بادهای قوی به صورت شعاعی از مرکز کهکشان به بیرون جریان مییابند و گازهای درون کهکشان را با خود میبرند که باعث کاهش امکان شکلگیری ستارهها میشود.
کشف هالههایی بزرگتر از حد انتظار این گمان را تقویت میکند که فعالیت سیاهچالهها ممکن است دورهای باشد؛ یعنی در بازههایی فعال و مجدداً خاموش شوند. این فرضیه با مشاهدات قوی دیگری از سیاهچالهها همخوانی دارد. مشاهدات نشان میدهند برخی سیاهچالههایی که به ظاهر خاموشاند، یک دفعه فعال خواهند شد. این اطلاعات برای بهبود مدلهای جاری ما از تحول کهکشانها اهمیتی دارد.
این تحقیق تنها بخشی از پازل است. برخی تلاشهای دیگر برای نقشهبرداری از ماده باریونی گمشده جهان نشان میدهند بخشی از این ماده در رشتههایی از ماده تاریک محبوس شدهاند؛ رشتههایی که ساختار شبکه کیهانی را شکل میدهند و کهکشانها را در فواصل بسیار دور به هم متصل میکنند.
تحقیق تازه راهی نوین در اختیار اخترشناسان قرار داده تا بتوانند جستجوی هیدروژن را ادامه دهند. اکنون تنها باید تکههای این پازل را در کنار هم بگذاریم. نویسندگان این مطالعه در مقاله خود مینویسند:
«این تحقیق مسیر پژوهشی شوقانگیز و جدیدی میگشاید. درک ارتباط گاز و ماده تاریک نه تنها به تحلیلهای آینده کیهانشناسی کمک میکند، بلکه به درک ما از شکلگیری و تحول کهکشانها نیز یاری میرساند.
این مقاله قطعهای کلیدی به مجموعهای رو به رشد از مطالعات میافزاید که در تلاشاند پیچیدگیهای گاز کیهانی را در عصر تحقیقات بزرگ کیهانی رمزگشایی کنند.»
این تحقیق برای انتشار در مجله Physical Review Letters ارسال شده و در حال حاضر در پایگاه arXiv در دسترس است.
