معمای ماده گمشده جهان حل شد

مجموعه: اخبار علمی و آموزشی

تاریخ انتشار : دوشنبه, ۲۷ مرداد ۱۴۰۴ ۱۳:۲۹

به گزارش ایسنا به نقل از اس‌تی‌دی، ستاره‌شناسان با استفاده از سیگنال‌های رادیویی کیهانی قدرتمندی که موسوم به «انفجارهای رادیویی سریع»(FRB) هستند، بالاخره ماده گمشده را که بین کهکشان‌ها پنهان شده بود، پیدا کردند. 

بیشتر ماده موجود در جهان، نامرئی است و تنها از طریق تأثیر بر گرانش قابل شناسایی است. این شکل از ماده موسوم به ماده تاریک است. در مقابل آن، نوع ماده‌ای که ما بیشتر با آن آشنا هستیم مانند اتم‌ها، سیارات و خود انسان، تنها ۱۶ درصد از کل ماده جهان هستی را تشکیل می‌دهند. این ماده موسوم به ماده معمولی یا «باریونیک»(baryonic) است که نور را منتشر می‌کند و به همین دلیل قابل مشاهده‌ است، اما بخش زیادی از آن به مقدار خیلی رقیق درون هاله‌هایی که کهکشان‌ها را احاطه می‌کنند یا به صورت شناور بین کهکشان‌ها در فواصل بسیار زیاد وجود دارند، پخش شده است.

دانشمندان از آنجایی که این ماده به شدت پراکنده است، مدت‌ها بود که نمی‌توانستند بیش از نیمی از آن را شناسایی کنند. این بخش گمشده همچنان ناشناخته باقی مانده بود. اکنون دانشمندان آن را پیدا کردند و پرونده ماده گمشده را بستند.

انفجارهای رادیویی سریع، چراغ کیهان هستند

دانشمندان «موسسه فناوری کالیفرنیا»(Caltech) و «مرکز اخترفیزیک هاروارد و اسمیتسونیان»(Harvard & Smithsonian) طی مطالعه‌ای جدید گزارش دادند که برای اولین بار با موفقیت ماده معمولی گمشده قبلی را پیدا و اندازه‌گیری کردند. آنها برای این کار، از انفجارهایی از امواج رادیویی از فضا یا همان «انفجارهای رادیویی سریع» استفاده کردند که جرقه‌های کوتاه و قدرتمندی از انرژی هستند که میلیاردها سال نوری را طی می‌کنند.

«لیام کانر»(Liam Connor) استادیار «هاروارد» و نویسنده ارشد این مطالعه گفت: «انفجارهای رادیویی سریع» از میان مهِ محیط بین کهکشانی می‌تابند و ما می‌توانیم با اندازه‌گیری دقیق میزان کندی نور، وزن این مه را بسنجیم، حتی زمانی که نور آنقدر کم باشد که قابل مشاهده نباشد.

وی بخش زیادی از این مطالعه را در زمانی که استادیار پژوهشی «موسسه فناوری کالیفرنیا» همراه همکار خود «وایکرام راوی»(Vikram Ravi) استادیار نجوم بود، انجام داد. 

محققان این مطالعه، ۶۹ «انفجار رادیویی سریع» مختلف را بررسی کردند که هر کدام در فواصلی از حدود ۱۱/۷۴ میلیون تا ۹/۱ میلیارد سال نوری قرار داشتند. دورترین آن در این مطالعه با نام «FRB 20230521B» معروف است و دورترین «انفجار رادیویی سریع» است که تاکنون ثبت شده است. اگرچه تا به امروز بیش از هزار «انفجار رادیویی سریع» کشف شده است، اما دانشمندان توانسته‌اند تنها حدود ۱۰۰ مورد از آنها را تا کهکشان‌های مبدأ ردیابی کنند. 

مشاهده جهان میان سایه‌های رادیویی

این «انفجارهای رادیویی سریع» اگرچه به خودی خود جذاب هستند، اما در این مطالعه برای شناسایی ماده معمولی گمشده استفاده شدند. وقتی نور فرکانس رادیویی از این انفجارها به زمین می‌رسد، به طول موج‌های مختلفی پخش می‌شود. میزان این پخش شدن یا پراکندگی به میزان ماده‌ای که در مسیر نور قرار دارد، بستگی دارد. «راوی» می‌گوید: این موضوع مانند آن است که سایه همه «باریون‌ها» را با «انفجارهای رادیویی سریع» به عنوان نور پس‌زمینه می‌بینیم.

وی افزود: اگر یک نفر را جلوی خودتان ببینید، می‌توانید خیلی چیزها در موردش بفهمید، اما اگر فقط سایه‌اش را ببینید، باز هم می‌دانید که آنجا است و تقریباً چقدر بزرگ است. 

ماده معمولی میان کهکشان‌ها قرار دارد

نتایج این مطالعه نشان داد که ۷۶ درصد از ماده معمولی جهان در فضای بین کهکشان‌هاست که موسوم به «محیط میان‌کهکشانی»( intergalactic medium) است. این ماده حدود ۱۵ درصد در هاله‌های کهکشانی و 75 درصد داخل کهکشان‌ها مانند ستاره‌ها یا گاز سرد کهکشانی متمرکز شده است. این توزیع با پیش‌بینی‌ شبیه‌سازی‌های کیهان‌شناسی پیشرفته مطابقت دارد، اما تا به حال به صورت رصدی تأیید نشده بود.

این یافته‌ها به دانشمندان کمک می‌کند تا بهتر بفهمند که کهکشان‌ها چطور رشد می‌کنند و همچنین نشان می‌دهد که «انفجارهای رادیویی سریع» چطور می‌توانند به حل مشکلات کیهان‌شناسی مانند تعیین جرم معمول ذرات زیراتمی مانند «نوترینوها»(neutrinos) کمک کنند. مدل استاندارد فیزیک پیش‌بینی می‌کند که این ذرات نباید جرمی داشته باشند، اما مشاهدات نشان داد که این ذرات مقدار بسیار ناچیزی جرم دارند. بنابراین دانستن جرم دقیق آنها ممکن است به فیزیک جدیدی از مدل استاندارد فیزیک ذرات منجر شود. 

آینده‌ای روشن برای کیهان‌شناسی در راه است

دانشمندان اعلام کردند که این مطالعه، آغاز استفاده از «انفجارهای رادیویی سریع» در کیهان‌شناسی است.

تلسکوپ رادیویی «DSA-2000» در صحرای نوادا در آینده، بر پایه مطالعاتی مشابه ساخته خواهد شد. این آرایه رادیویی سالانه تا ۱۰ هزار «انفجار رادیویی سریع» را پیدا و مکان‌یابی می‌کند و نقش آنها را به عنوان کاوشگرهای ماده معمولی افزایش می‌دهد و دانش کلی ما را از این انفجارهای شدید بیشتر می‌کند. 

این مطالعه‌ در مجله Nature Astronomy منتشر شده است.