ماده معمولی گمشده در عالم پیداشد

 

ذوالفقار دانشی؛ عالم ما جای عجیبی است به طوری که عملا از حدود 95 درصد محتوای آن چیزی نمی‌دانیم. تمام معلومات فیزیک و شیمی ما مربوط به کمتر از پنج درصد محتوای ماده انرژی عالم است که نزدیک به 40 درصد آن را تا همین چند روز پیش نتوانسته بودیم بیابیم.

 

حال اخترشناسان توانسته اند این سهم گمشده را به شکل ماده داغ میان کهکشانی بیابند. طی نیم قرن اخیر، پژوهشگران فهمیده اند که آنچه ما در سراسر عالم می‌بینیم و به عنوان ماده‌ی معمولی می‌شناسیم، کمتر از پنج درصد از محتوای ماده-انرژی عالم را تشکیل می‌دهد.

 

مابقی آن را که حدود 96 درصد از عالم را تشکیل می دهد، پدیده‌های ناشناخته‌ای مانند ماده‌ی تاریک و انرژی تاریک تشکیل می دهند که آزمایش‌ها برای رازگشایی از ماهت آن‌ها تاکنون به شکست انجامیده است.

 

ماده تاریک، ماده‌ای است که تنها اثر گرانشی آن را توانسته ایم در کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی ببینیم و انرژی تاریک، پدیده‌ای است که به انبساط عالم دامن می‌زند و آن را لحظه به لحظه سرعت می‌بخشد.

 

اما جالب این جاست که همان چهار درصد و خرده‌ای که سهم ماده‌ی معمولی و شناخته شده است هم، کامل نبود. پژوهشگران سال‌ها بود که نیمی از این سهم را پیدا نمی‌کردند.

 

ماده‌ی معمولی که به نام ماده‌ی باریونی هم شناخته می‌شود، از کوارک‌ها (ذرات بنیادی سازنده‌ی پروتون و نوترون و ...) و الپتون‌ها (الکترون، پسرعموهایش و نوترینو‌های متناظر با آن‌ها ساخته شده است و هر آنچه در عالم می‌بینیم، از آن تشکیل شده.

اگر جرم تمام ستارگان، سیارات، گردوغبار درون کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی را جمع کنیم، مقدار آن تنها به 18 درصد کل ماده‌ی معمولی می‌رسد. گاز‌های میان کهکشانی داغ و سرد که خوشه‌های کهکشانی را در ساختار‌های رشته مانند عظیمی به نام «شبکه‌ی کیهانی» به یکدیگر وصل می‌کنند، 43 درصد ماده‌ی معمولی را تشکیل می‌دهند.

 

اما حدود 40 درصد از این محتوا نامشخص می‌ماند. پژوهشگران، این تفاوت را «باریون گمشده» می‌نامند. حال پژوهشگران توانسته اند با تحلیل داده‌های ارسالی از تلسکوپ فضایی XMM-نیوتن، راز این ماده گمشده را آشکار کنند.

 

آن‌ها در سال‌های 2015 (1394) تا 2017 (1396)، جمعا به مدت 18 روز، اختروشی را که چهار میلیارد سال نوری با زمین فاصله داشت، زیر نظر گرفتند و رفتار پرتو‌های ایکس منتشر شده از آن را در این سفر کیهانی طولانی تا رسیدن به زمین بررسی کردند. هر نوع ماده‌ای که سر راه پرتو‌های ایکس قرار بگیرد، بخشی از آن را سد می‌کند و ردی از خود بر جا می‌گذارد.

 

با بررسی این نشانه‌ها می‌توان تعیین کرد که چه نوع ماده‌ای در کجا وجود دارد. با تحلیل‌های دقیق، پژوهشگران توانستند رد اکسیژن را در گاز‌های داغ میان کهکشانی موجود در دو نقطه‌ی متفاوت بین زمین و آن اختروش بیابند.

 

محاسبات نشان داد که ذخایر عظیمی از ماده به شکل اتم‌های سنگین‌تر از هدروژن در فضای میان کهکشانی وجود دارد و مقدار آن با سهم 40 درصدی مفقود همخوانی دارد. ممکن است بگویید که این ذخایر ممکن است به شکل تصادفی در راستای خط دید این اختروش وجود داشته باشند و در بزرگ‌ترین مقیاس‌های عالم، چنین چیزی دیده نمی‌شود.

 

به همین دلیل، پژوهشگران قصد دارند با استفاده از رصدخانه‌ی فضایی پرتوی ایکس چاندرا و XMM-نیوتن، این مطالعات را برای اختروش‌هایی که در راستا‌ها و فواصل دیگر عالم واقع شده اند، تکرار کنند. اگر یافته‌ی اخیر در مطالعات آینده هم تأیید شود، پژوهشگران به دستاوردی عظیم در درک ساختار‌های بزرگ مقیاس عالم دست یافته اند.

اختروش ها، اجرام به شدت درخشانی هستند که از پشت تلسکوپ مانند ستارگان کهکشان خودمان دیده می‌شوند، اما بررسی خطوط طیفی آن‌ها نشان میدهد که آن‌ها در فواصل بسیار دور (چند میلیارد سال نوری از زمین واقع شده اند و بالطبع نمی‌توانند ستاره باشند.

 

آن‌ها در واقع، هسته‌های کهکشانی فعالی هستند که درون آنها، ابرسیاهچاله‌های پر جرم (میلیون‌ها و حتی میلیارد‌ها بار سنگین‌تر از خورشید) جا خوش کرده اند و ابر عظیمی از مواد خام را در اطراف خود به گردش در آورده اند و آرام آرام آن‌ها را می‌بلعند.

 

توده‌های ماده در مسیر‌های مارپیچی به درون سیاهچاله سقوط می‌کنند و آن قدر داغ می‌شوند که پرتو‌های شدید ایکس می‌تابانند و علاوه بر آن، باریکه‌هایی از ذرات پرانرژی را عمود بر صفحه گسیل می‌کنند.

اختروش‌ها(Quasar) پیشتر به عنوان منابع انرژی الکترومغناطیسی شامل امواج رادیویی و نور مرئی با انتقال به سرخ زیاد شناخته می‌شدند که به ستاره ها شبیه بودند باوجود بحث‌های مختلف بر سر وجودیت این شئ آسمانی همگی دانشمندان به یک توافق علمی رسیدند که یک اختروش هاله متراکم شده ماده‌است که ابر سیاهچاله یک کهکشان جوان را احاطه کرده‌است. ماهیت واقعی اختروش‌ها به درستی شناخته شده نیست اما بر اساس آخرین مطالعات، اخترشناسان به این نتیجه رسیده‌اند که انرژی عظیم اختروش‌ها از فروریزش مواد داخل اَبَرسیاه چاله‌ی مرکزی کهکشان‌های جوان تامین می‌شود.

اختروش‌ها انتقال به سرخ بسیار بالایی دارند، به این معنی که آن‌ها با سرعت زیادی از ما در حال دور شدن هستند و بنا بر قانون انبساط عالم هابل این نشان می‌دهد که در فاصله‌ی بسیار زیادی از ما قرار دارند. بنابراین نوری که ما از اختروش‌ها دریافت می‌کنیم مربوط به میلیاردها سال قبل است، زمانی‌که عالم بسیار جوان بوده است. این اجرام از پُرانرژی‌ترین منابع شناخته شده در عالم هستند.

انرژی تابش شده از یک اختروش معادل هزار میلیارد ستاره همانند خورشید است. این انرژی در تمام طول‌موج‌های الکترومغناطیسی تابش می‌شوند اما اوج انرژی معمولاً در محدوده پرتوهای فرابنفش و مرئی است. طیف تابش‌شده از اختروش‌ها بسیار با طیف یک ستاره تفاوت دارد و به این طریق می‌توان اختروش‌ها را از ستاره‌ها متمایز کرد. تا کنون حدود 200000 اختروش شناسایی شده است اما این همه‌ی اختروش‌های موجود در عالم را شامل نمی‌شود، چرا که تا به حال فقط بخش کوچکی از کل آسمان برای یافتن اختروش‌ها رصد شده است.

اختروشها اجرام اسرارآمیزی هستند که ستاره‌شناسان آن‌ها را در سال 1960 کشف کردند آن‌ها همچون کهکشان‌ها منابعی از نور و امواج رادیویی‌اند به نظر می‌رسد که آن‌ها دورترین اجرام شناخته شده باشند. با این حال بسیار نورانی اند یعنی به روشنایی صدها کهکشان ولی بسیار کوچکتر از بیشتر کهکشان‌ها. این پرسش مطرح است که چگونه یک جسم کوچک می‌تواند چنین نوری تولید کند.

احتمالاً حفره‌ای سیاه درون مرکز اختروش باعث نابودی آن می‌شود و پیش از نابود شدن نوری شفاف و درخشان پدید می‌آورد.

در حالی که بحث در باره ماهیت این اشیاء وجود داشت تا اوایل سال 1980، هیچ توافقی در باره ماهیت آنها وجود نداشت و حالا یک، توافق علمی وجود دارد که اختروش، یک ناحیه متراکم و فشرده در مرکز، یک کهکشان بزرگ می‌باشد که سیاهچاله بسیار بزرگی را احاطه کرده‌است. اندازه آن برابر شعاع شواتز شیلد سیاه چاله می‌باشد.

 

اختروش توسط صفحه به هم پیوسته اطراف سیاهچاله، قدرت خود را به دست می‌آورد. درخشان‌ترین اختروشها با سرعتی انرژی خود را ساطع می‌کنند که می‌تواند فراتر از خروجی میانگین کهکشان‌ها باشد که معادل با یک تریلیون خورشید می‌باشد.

ستاره شناسان چندی پیش با بررسی 140.000 اختروش، سرعت انبساط کیهان را طی 10.8 میلیارد سال گذشته، تاکنون اندازه گیری و ترسیم کردند.