یکی از بزرگترین معماها در نجوم جدید آن است که بیش از ۹۰ درصد از جهان نامرئی است.
مقدمه
یکی از بزرگترین معماها در اخترشناسي نوين آن است که بیش از 90 درصد از جهان نامرئی است. این کلان ماده‌ی مبهم با نام ماده‌ی تاریک شناخته می‌شود. مطالعه‌ی چگونگی حرکت ستاره‌ها که با سرعت زیاد در لبه‌ی کهکشان در حال چرخش به دور مرکز هستند، می‌تواند جرم کهکشان را به ما نشان دهد. هر چه سرعت چرخش کهکشان بیشتر باشد، جرم نهفته در آن نیز بیشتر خواهد بود. ممکن است که این ماده‌ی ناشناخته باشد، اما وجود دارد و ماده‌ی خیالی نیست. مانند آن است که به برجی هنگام شب نگاه کنید. اگرچه می‌توانید چراغ‌هایی از برخی اتاق‌ها را ببینید اما این بدان معنا نیست که برج فقط همان تعداد اتاق را که شما می‌بینید داشته باشد. ماده‌ی تاریک نیز دقیقا مانند همان اتاق‌های خاموش است که از خود درخششی ندارند. اخترشناسان نیز امروزه در حال تحقیق و مطالعه روی این ماده‌ی گم شده هستند.
فیزیک‌دانان با وجود کشف احتمالی نشانه‌هایی از ذرات ماده‌ی تاریک در یافتن منبع اصلی ناکام بوده و تا حصول نتایج دقیق تر از ارایه‌ی جزییات این کشف خودداری می‌کنند. نتایج به‌دست آمده از مرکز جست و جوی ماده‌ی تاریک ابر سرد (Super CDMS) در عمق معدن Soudan در شمال مینه‌سوتا بیان‌گر کشف نشانه‌ی احتمالی از ماده‌ی تاریک است. پژوهشگران در این آزمایشگاه زیرزمینی از ژرمانیوم و سیلیکون برای رسیدن به دمای بسیار سرد (نزدیک به صفر مطلق یا معادل منفی 273.15 درجه‌ی سانتی‌گراد) استفاده می‌کنند. این محیط فوق سرد شرایط مناسبی برای کشف مستقیم ذرات ماده‌ی تاریک را فراهم می‌کند. با عبور ذرات ماده‌ی تاریک و برخورد به هسته‌ی اتم منجمد، شارژ و گرمایی منتشر می‌شود که توسط ابزار فوق حساس قابل تشخیص هستند. نتایج آزمایش‌هاي حاکی از کشف سه رویدادی است که احتمالا ذرات سنگین «تعامل ضعیف» یا «WIMP» شناخته می‌شوند و می‌توانند توضیحی در خصوص ماده‌ی تاریک در اختیار پژوهشگران قرار دهند.
نشانه‌ای از ماده‌ی تاریک در راه شیری
دانشمندان اعتقاد دارند که ماده‌ی تاریک که ظاهرا قسمت اعظم ماده‌ی کیهان را تشکیل می‌دهد از ذراتی به نام WIMP یا ذرات سنگینی با برهم‌کنش ضعیف تشکیل شده‌اند. وقتی که این ذرات به سایر ذرات WIMP نزدیک می‌شوند باید یکدیگر را نابود کنند چرا که این ذرات ضدذره خود هستند. وقتی ذرات ماده و همتایان ضد ماده با یکدیگر برخورد می‌کنند یکدیگر را نابود می‌کنند. در مرکز کهکشان راه شیری ذرات WIMP باید وجود داشته باشند که به یکدیگر برخورد کنند و انرژی خالصی ایجاد کنند که موجب افزایش دیگر ذرات و در نهایت اشعه‌ی گاما می‌شود. فراوانی اشعه‌ی گاما دقیقا چیزی است که دانشمندان با نگاه کردن به میانه‌ی کهکشان راه شیری از طریق تلسکوپ فضایی اشعه‌ی گاما فرمی مشاهده می‌کنند. در یک پژوهش جدید پژوهشگران نشانه‌ی قطعی از اشعه‌‌های گامایی یافته‌اند که نمی‌توان آن را به هیچ جسمی در این منطقه نسبت داد.
«کورک‌ابازجیان» از مرکز تحقیقات داروین دانشگاه کالیفرنیا، به عنوان یکی از نویسندگان این تحقیق علمی که در مجله‌ی فیزیکال‌یوروD منتشر شده اظهار داشت: به طور قطع در این اشعه چیزی جدید و درخشان وجود دارد که نمی‌توان آن را به نیروهای موجود شناخته شده نسبت داد.
ماده‌ی تاریک در اخترشناسی و کیهان‌شناسی ماده‌ای فرضی است که چون از خود نور بازتاب نمی‌کند، نمی‌توان آن را مستقیم مشاهده کرد، اما از اثرات گرانشی موجود روی اجسام مرئی مثل ستاره‌ها و کهکشان‌ها می‌توان به وجود آن پی‌برد. براساس مشاهدات فعلی که روی ساختارهایی بزرگتر از کهکشان‌ها صورت گرفته است و همچنین مطالب مربوط به انفجار بزرگ، ماده‌ی تاریک و انرژی تاریک تشکیل دهنده‌ی بخش زیادی از جرم موجود در جهان قابل مشاهده است. اجزای ماده‌ی تاریک جرم بسیار بیشتری از قسمت دیده‌شدنی کائنات دارند. فقط حدود 4 درصد از مجموع کل چگالی انرژی در کیهان را می‌توان مشاهده کرد (با توجه به اثرهای گرانشی آن)، که این مقدار شامل بار یون‌ها و تابش‌های الکترومغناطیس نیز می‌شود.
همچنین تصور می‌شود که 23 درصد کیهان از ماده‌ی تاریک تشکیل شده باشد و 73 درصد باقی‌مانده را نیز انرژی تاریک تشکیل داده شده باشد که همانند ماده‌ی تاریک در فضای کائنات توزیع شده و به همان اندازه ماده‌ی تاریک ناشناخته و مجهول مانده است. تعیین خواص و ویژگی‌های این توده‌ی ناشناخته به یکی از مهمترین مسائل کیهان شناسی مدرن و فیزیک ذرات تبدیل شده است. این نکته قابل ذکر است که اسامی ماده‌ی تاریک و انرژی تاریک مُبَیِن نبود اطلاع انسان از ماهیت این دو ماده و ناشناخته بودن آن است.
نشانه‌ای از ماده‌ی تاریک در نزدیکی خورشید
دانشمندان می‌گویند خورشید توسط ماده‌ی تاریک احاطه شده‌است. پدیده‌ای که نخستین بار در دهه‌ی 1390 توسط یک ستاره-شناس سوئیسی مطرح شد. اکنون پژوهشگران دانشگاه زورنیخ نظریه جدیدی را مطرح کرده و شبیه‌سازی را از راه شیری ساخته‌اند تا شیوه اندازه‌گیری جرمی را پیش از به کارگیری داده‌های واقعی در آن، آزمایش کنند. «سیلیوا گارباری» مجری این تحقیقات گفت: 99 درصد از وجود ماده‌ی تاریک در نزدیکی خورشید، مطمئن هستم.
این مطالعه مدعی است شیوه‌های مورد استفاده در 20 سال گذشته تعصب آمیز بوده است و همیشه میزان وجود ماده‌ی تاریک در کائنات را کمتر برآورد می‌کردند. به گفته‌ی «گاباری» این می‌تواند نخستین شواهد از حلقه‌ای از ماده‌ی تاریک در کهکشان ما باشد. این یافته می‌تواند به این معنا باشد که هاله‌ی ماده‌ی تاریک کهکشان ما، در حال فشرده شدن است. این محققان شیوه‌ی غیرمتعصبانه‌ای ارائه کردند که پاسخ‌های درست را از داده‌های شبیه‌سازی شده بازیابی کرد. آن‌ها این شیوه را در مورد موقعیت‌ها و سرعت‌های هزاران کوتوله‌ی نارنجی K در نزدیکی خورشیدی به کار گرفتند و به اندازه‌گیری‌های جدیدی از چگالی ماده‌ی تاریک منطقه‌ای دست یافتند.
«فریتز زویکی» دانشمندی که چندین دهه پیش این نظریه را مطرح کرد معتقد بود خوشه‌های کهکشانی با ماده‌ی تاریک مرموزی که مانع از پراکندگی آن‌ها می‌شوند، پرشده‌اند. در آن زمان «جان اورت» در هلند کشف کرد چگالی این ماده در نزدیکی خورشید دو برابر آن چیزی است که می‌تواند به دلیل وجود ستاره‌ها و گازها به تنهایی توضیح داده شود. دانستن ویژگی‌های ماده-ی تاریک عامل مهمی در شناخت ذرات موجود در این ماده است.
نویسنده: عاطفه قویدست
دانشجوی دکتری شیمی آلی
دانشگاه گیلان