دانشمندان با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل و نظریه نسبیت عام اینشتین موفق به کشف کوچکترین توده ماده تاریک‌ای که تابه‌حال شناسایی شده است، شدند. جرم این توده، ۱۰۰ هزار برابر کمتر از جرم ماده تاریک کهکشان راه شیری است. این توده‌ نسبتا کوچک ماده تاریک، همچنین تطابق خوبی با یکی از پیشرفته‌ترین نظریات ماده تاریک یعنی ماده تاریک سرد دارد.

ما درواقع نمی‌دانیم که ماده تاریک چیست. ما نمی‌توانیم آن را به‌طور مستقیم شناسایی کنیم. چیزی که ما می‌دانیم این است که اگر ما فیزیک کنونی را بر آنچه که مستقیما می‌توانیم ببینیم اعمال کنیم، کیهان آنطور که باید، عمل نخواهد کرد. برای مثال، ستارگان موجود در لبه کهکشان‌ها تحت تاثیر این ماده ناشناخته، سریع‌تر از آنچه که باید، حرکت می‌کنند.

ما این جرم را ماده تاریک می‌نامیم و چندین فرضیه درباه انواع آن وجود دارد که عبارتند از ماده تاریک داغ (داغ بدین معنی که ذرات داخل آن با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند) و ماده تاریک سرد (سرد به این معنی که ذرات داخل آن کندتر از سرعت‌های نسبیتی حرکت می‌کنند).

اکثر شواهد مشاهداتی و مدل‌های فعلی، به نفع ماده تاریک سرد هستند، اما اثبات این موضوع چندان راحت نیست. یکی از چیزهایی که می‌تواند سرنخ‌هایی را در اختیار ما قرار دهد، شناسایی توده‌های کوچک ماده تاریک است.

ذرات ماده تاریک داغ، بسیار سریع‌تر از آن هستند که اجازه تشکیل توده‌های کوچک‌تر را بدهند. اما اگر ماده تاریک با سرعت پایینی حرکت می‌کند (نظریه ماده تاریک سرد)، بنابراین آن توده‌های کوچک ماده تاریک باید جایی در کیهان وجود داشته باشند.

با این‌حال، یافتن آن‌ها به این راحتی نیست. همانطور که در بالا گفتیم ما قادر به مشاهده مستقیم ماده تاریک نیستیم. اما ستاره‌شناسان حضور آن را می‌توانند براساس اثری گرانشی‌ که بر روی ماده قابل‌رویت اطرافش می‌گذارد، حدس بزنند. برای مثال، حرکت سریع ستارگان در لبه کهکشان‌ها نشان‌دهنده وجود ماده پرجرمی در آن حوالی است.

چیز دیگری که گرانش بر روی آن اثر می‌گذارد، نور است. اگر ماده پرجرمی مانند یک خوشه کهکشانی، بین ما و یک منبع نور قرار داشته باشد، اثر گرانشی آن باعث خمیده شدن فضازمان و در نتیجه خم شدن مسیر نور می‌شود؛ اتفاقی که باعث تولید چندین تصویر از منبع نور می‌شود (تصویر زیر).

به این پدیده، همگرایی گرانشی (gravitational lensing) گفته می‌شود که توسط نظریه نسبیت عام اینشتین پیش‌بینی شده است. در موارد نادر، اجرام ایجادکننده این پدیده طوری نسبت به هم قرار می‌گیرند که چهار تصویر در اطراف جرم همگراکننده تولید می‌شود. به این پدیده، صلیب اینشتین می‌گویند.

حالا سوال اینجاست که این موضوع چه ربطی می‌تواند به ماده تاریک سرد داشته باشد؟ باید بگوییم که اثر گرانشی توده ماده تاریک سرد، باید در تفاوت‌های موجود بین هر کدام از تصاویر منبع نور پس‌زمینه که در اطراف لنز (جرم همگراکننده پیش‌زمینه) خمیده شده‌اند، قابل مشاهده باشد.

برای کشف این اثر گرانشی، تیم تحقیق از تلسکوپ فضایی هابل برای مطالعه هشت صلیب اینشتین که در اثر خم شدن نور تعدادی از کهکشان‌های بسیار درخشان، توسط گرانش کهکشان‌های عظیم موجود در پیش‌زمینه (لنز) ایجاد شده بود، استفاده کردند.

Daniel Gilman، فیزیکدان از دانشگاه کالیفرنیا می‌گوید: این کهکشان‌های عظیم، درست مانند یک ذره‌بین بزرگ عمل می‌کنند و توده‌های کوچک ماده تاریک می‌توانند به‌عنوان ترک‌های کوچکی بر روی این ذره‌بین رفتار کرده و باعث تغییر روشنایی و موقعیت تصاویر صلیب‌ها شوند.

تیم تحقیق ابتدا چگونگی خم شدن نور کهکشان‌های بسیار درخشان پس‌زمینه را توسط لنز پیش‌زمینه اندازه‌گیری کردند. آن‌ها سپس روشنایی و موقعیت ظاهری هر کدام از صلیب‌ها را با پیش‌بینی‌هایی نظریه نسبیت عام اینشتین (بدون حضور ماده تاریک) مقایسه کردند.

انجام این مقایسه‌ها باعث شد تا دانشمندان پی به وجود توده‌های ماده تاریکی ببرند که تغییراتی را در روشنایی و موقعیت صلیب‌ها ایجاد کرده بودند. جرم این توده‌ها بین ۱۰ هزار تا ۱۰۰ هزار برابر کمتر از جرم ماده تاریک کهکشان راه شیری بود.

البته این یافته‌ها، وجود ماده تاریک داغ را در آن محل رد نمی‌کردند، اما شواهد به‌دست‌آمده، بیشتر به نفع وجود ماده تاریک سرد بودند.

Anna Nierenberg، ستاره‌شناس از آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا می‌گوید: دانشمندان قبلا تست‌های مشاهداتی زیادی را در مورد نظریات ماده تاریک انجام داده‌اند، اما کار ما محکم‌ترین مدرکی است که تا به امروز درباره وجود توده‌های کوچک ماده تاریک سرد ارایه شده است. ما حالا با ترکیب جدیدترین پیش‌بینی‌های نظری، ابزارهای آماری و مشاهدات جدید تلسکوب هابل، شواهد بسیار قوی‌تری در اختیار داریم.

این تحقیق در مجله Monthly Notices of the Royal Astronomical Society چاپ شده است.

نوشته کشف جدید دانشمندان درباره نظریه ماده تاریک با استفاده از تلسکوپ هابل اولین بار در اخبار تکنولوژی و فناوری پدیدار شد.

آیا تابه‌حال درباره همگرایی گرانشی (Gravitational lensing) شنیده‌اید؟ اخیرا در تصاویر گرفته شده با تلسکوپ فضایی هابل، لکه‌های نوری مشاهده شده است که به هیچ‌وجه ناشی از لنزهای خود تلسکوپ نیستند. اینها در واقع نورهای یک کهکشان دور در فاصله ۱۱ میلیارد سال نوری از ما هستند که به‌وسیله گرانش یک خوشه کهکشانی موجود در پیش‌زمینه آن منحرف گردیده و چندین بار تکرار شده‌اند.

در اثر این پدیده، حداقل ۱۲ تصویر تکراری از کهکشان PSZ1 G311.65-18.48 که به Sunburst Arc هم معروف است در آسمان شکل گرفته است. به لطف این پدیده، ستاره‌شناسان می‌توانند کهکشان مذکور را با جزییات بیشتر مطالعه کنند.

گرانش، نیروی جاذبه فوق‌العاده قوی و مرموزی است که قابل دیدن نیست و بر همه اجرام کیهان متناسب با جرم‌شان وارد می‌شود. هرچه قدر جرم یک شی بیشتر باشد، نیروی گرانش یا جاذبه آن قوی‌تر است. این نیرو فقط اجرام فیزیکی را جذب نمی‌کند، بلکه به اندازه‌ای قوی‌ست که حتی می‌تواند مسیر نور را نیز منحرف کند.

در مقیاس کهکشانی، این گفته بدین معنی است که توده‌ای عظیم با گرانش زیاد، مثل یک خوشه کهکشانی، می‌تواند نور جرمی را که در پشت آن و در فاصله دوری قرار دارد، خم کرده و بزرگنمایی کند.

به این وضعیت که توسط انیشتین هم پیش‌بینی شده بود، همگرایی گرانشی گفته می‌شود. ستاره‌شناسان، به‌طور پیوسته، از این پدیده برای مطالعه کهکشان‌هایی استفاده می‌کنند که در مراحل ابتدایی کیهان شکل گرفته‌اند و به قدری کم‌نور هستند که نمی‌توان آنها را به خوبی رصد کرد.

این اثر همگرایی گرانشی حتی می‌تواند تصاویر را تکرار کند و چندین کپی از یک کهکشان دور و کم‌نور را ایجاد نماید. این همان چیزی است که ما در تصاویر کهکشان Sunburst Arc مشاهده می‌کنیم؛ هرچند که تعداد کپی‌های آن بیش از حد معمول است.

بین ما و این کهکشان که در فاصله ۴.۶ میلیارد سال نوری قرار دارد، یک خوشه کهکشانی بسیار سنگین وجود دارد که نور Sunburst Arc را خم کرده و آن را به چندین کمانه تقسیم می‌کند. حداقل ۱۲ کپی از این کهکشان، در تصویر هابل ظاهر گردیده که بین چهار کمان اصلی تقسیم شده‌اند؛ سه کمان در بالا سمت راست و یک کمان در پایین سمت چپ تصویر.

به‌خاطر قدرتمند بودن همگرایی گرانشی، کهکشان Sunburst Arc حتی با وجود فاصله زیادش از ما، یکی از درخشان‌ترین کهکشان‌های همگراشده است. تعدادی از کپی‌های آن، ۱۰ تا ۳۰ برابر درخشان‌تر از خود کهکشان هستند که همین موضوع به ستاره‌شناسان اجازه می‌دهد تا ساختارهایی به عرض ۵۲۰ سال نوری را بررسی کنند.

این اندازه شاید برای ما کمی بزرگ به نظر برسد؛ اما برخی از نواحی شکل‌گیری ستاره‌ها و سحابی‌ها، به‌راحتی می‌توانند در چنین عرض‌هایی گسترده شوند. دانشمندان سپس این ساختارها را با کهکشان‌های جوان‌تر مقایسه می‌کنند تا به نحوه دگرگونی کهکشان‌ها در طول زمان پی ببرند.

تصاویر هابل همچنین نشان می‌دهند که Sunburst Arc، بسیار شبیه به اولین کهکشان‌های کیهان در دوره بازیونیده شدن (Epoch of Reionisation)، در حدود ۱۳.۳ تا ۱۲.۸ میلیارد سال قبل است.

تقریبا ۳۰۰ هزار سال بعد از بیگ بنگ، کیهان با گاز هیدروژن پر شده بود و کاملا مات و کدر به نظر می‌رسید. سپس اتفاقی می‌افتد که باعث یونیزه شدن هیدروژن می‌شود و کیهان را روشن و شفاف می‌کند.

دیدن چیزهایی که از آن دوره باقی مانده‌اند بسیار سخت است، بنابراین یافتن مکانیسم‌های دقیقی که در آن بازه زمانی اتفاق افتاده‌اند بسیار کار دشواری خواهد بود.

ستاره‌شناسان فکر می‌کنند که تابش صورت‌گرفته از اولین ستارگان و کهکشان‌ها باعث یونیزه شدن گاز هیدروژن شده است؛ اما یک مشکل در این میان وجود دارد: تابش انرژی بالا، که برای یونیزه کردن هیدروژن لازم بود، باید می‌توانست بدون آنکه توسط فضای بین‌ستاره‌ای جذب گردد از کهکشان‌ها فرار کند. مشخص شده است که فقط تعداد کمی از کهکشان‌ها قادر به این کار بوده‌اند.

با این‌حال، کهکشان Sunburst Arc دارای سرنخ‌هایی است که نشان می‌دهند برخی از فوتون‌های آن توانسته‌اند از طریق کانال‌های باریکی در فضای خنثایی که مملو از گاز زیادی بوده است، فرار کنند.

هر چقدر که ما دانش خود را درباره دوره بازیونیده شدن بیشتر می‌کنیم، به نظر می‌رسد که عوامل زیادی در پیدایش آن دخیل بوده‌اند. بعید است راهی که فوتون‌های کهکشان Sunburst Arc از طریق آن به بیرون فرار کرده‌اند به‌تنهایی علت آن بوده باشد؛ اما می‌توانسته است یکی از عوامل مهم تسهیل‌کننده آن بوده باشد.

نتایج این تحقیق در مجله Science چاپ شده است.

نوشته همگرایی گرانشی باعث ایجاد 12 تصویر تکراری از یک کهکشان در آسمان شد! اولین بار در اخبار تکنولوژی و فناوری پدیدار شد.

بخش داخلی این کهکشان پالس های تپنده ای از تشعشع و تسونامی واری از ذرات پر انرژی که درون میدان های مغناطیسی قرار گرفته اند ساتع می کند.

با دقت عمیق تر در مرکز سحاب خرچنگ، این تصویر قلب تپنده ی یکی از تاریخی ترین و مورد مطالعه ترین باقی مانده های ابرنواخت یک ستاره در حال انفجار را نشان می دهد. بخش داخلی این کهکشان پالس هایی مانند صدای ساعت از تشعشع و تسونامی هایی از ذرات پر انرژی که درون میدان مغناطیسی قرار گرفته اند از خود ساتع می کند.

ستاره نوتورون که در مرکز کهکشان قرار دارد  جرمی مشابه با خورشید ما دارد اما به حدی چگال و فشرده شده است که تنها چند مایل وسعت دارد.  این ستاره در هر ثانیه ۳۰ بار به دور خود می چرخد و اشعه های قابل رویتی از خود پرتاب می کند که گویی در حال تپش است.

تصویر گرفته شده توسط تلسکوپ فضایی هابل ناسا مرکز ناحیه پیرامون ستاره نوترون را نشان می دهد، یعنی دو ستاره درخشان در مرکز این تصویر و رشته اشیائ معلق فضایی اطراف شان که در حال گسترش هستند. تصویری که هابل به ثبت رسانده است جزیات این گاز را به رنگ قرمز نشان می دهد که زد و خوردی گردشی از حفره ها و رشته ها را به وجود آورده است. در درون این پوسته  یک درخشش آبی مانند وجود دارد که ناشی از گردش الکترون ها در میدان مغناطیسی بسیار قوی حول هسته ی خرد شده ی ستاره در سرعتی نزدیک به سرعت نور می باشد.

ستاره نوترون نمایشی عینی از پروسه های فیزیکی و خشونت غیر قابل توصیف فضایی است. حلقه های درخشان در سرعتی نصف سرعت نور از ستاره نوترون به بیرون زبانه می کشند. اینگونه گمان زده می شود که این حلقه ها ناشی از شوک هایی هستند که باد های سرعت بالای حاصل از ستاره نوترونی را تبدیل به ذرات بسیار پر انرژی می کنند.

هنگامی که این تشعشع تپش مانند برای اولین بار در سال ۱۹۶۸ کشف شد، منجمان به این نتیجه رسیدند که یک شی نجومی جدید کشف کرده اند. اما اکنون منجمان می دانند که کشفی که کرده اند نمونه اولیه ای از کلاس بازمانده ی ابرنواخت هستند که تپ اختر و یا ستاره های نوترونی ای که به سرعت در حال گردش اند نام دارند. این “نور های فانوس دریایی” بین ستاره ای برای انجام آزمایش های مشاهده ای بر روی پدیده های نجومی متعدد از جمله سنجش موج های جاذبه ای بسیار حائز اهمیت هستند.

مشاهدات صورت گرفته بر روی ابرنواخت خرچنگ (Crab) توسط اخترشناسان چینی در سال ۱۰۵۴ پس از میلاد مسیح انجام گرفته اند. سحاب که با اندازه کافی درخشان است که با تلسکوپ های معمولی نیز رویت شود در فاصله ۶,۵۰۰ سال نوری از صورت فلکی برج ثور واقع شده است.

منبع:astronomy

بیش از ۱۰ برابر کهکشان بیشتر از تصورات کنونی ما وجود دارد

تصویری مرکب از مطالعات Ultra Deep Field تلسکوپ هابل

به نظر می رسد از امروز جهان کمتر از پیش تنهاست.

ستاره شناسان دانشگاه ناتینگهام سرشماری جدیدی از تعداد کهکشان های جهان انجام دادند و به این نتیجه رسیدند که سرشماری های قبلی با فاکتور تقریبی ۲۰ برابر از مقدار واقعی تعداد را تخمین زده بودند. با استفاده از داده های هابل و دیگر تلسکوپ های سراسر جهان و همچنین مدل ریاضی جدید آن ها حدس زده اند که تقریبا ده برابر بیشتر کهکشان در قسمت قابل مشاهده جهان وجود دارد، گمانه روی های پیشین تعداد تقریبی کهکشان در جهان را ۲۰۰ میلیارد فرض کرده بودند.

نگاه کردن در بعد زمان و مکان

برای درک چگونگی انجام این کار توسط دانشمندان، نخست بایست مفهموم “قسمت قابل مشاهده جهان” را فهمید. از آن جایی که سرعت نور ثابت است، ما نمی توانیم تصویر واقعی از وضعیت کنونی کهکشان بدست آوریم. هنگامی که ما به جلو و جلو تر نگاه می کنیم، ضروریست که به عقب و عقب تر در زمان نیز نگاهی بیاندازیم.

در کشف تعداد کهکشان های موجود در بخش قابل مشاهده جهان، محققان ناتینگام نتوانستند بفهمند که هم اکنون چه تعداد کهکشان وجود، آن ها تنها توانستند بفهمند که اگر ابزار های رصد کردن ما به اندازه کافی خوب باشند ما قادر به دیدن چه تعداد کهکشان هستیم. شاید این حرف بیشتر شبیه یک زنگ خطر به نظر برسد، اما تنها راهیست که می توان جهان عظیم را با آن دید. با این حال،  دیدن در پیش زمان مزایای خودش را دارد.

آن ها متوجه این موضوع شدند که با گذر زمان کهکشان ها با هم دیگر تشکیل توده می دهند که در همین حین منجر به کاهش تعداد کهکشان های موجود کنونی می شوند. با عقب بردن این نرخ تشکیل و قیاس کردن آن در ورای چیزی که اکنون می بینیم، محققان به این نتیجه رسیدند که ۹۰ در صدر از کهکشان های موجود یا خیلی کم نور و یا خیلی دور هستند و نمی توانیم با تلسکوپ های امروزی آن ها را رصد کنیم. این موضوع به آن ها این امکان را داد تا به ندرت تعداد تخمین زده از کهکشان های قابل رویت را افزایش دهند.

محققان مقاله کارشان را منتشر کردند. قرار است به زودی این مقاله در ژورنال فیزیک نجومی منتشر شود.

چرا ما قادر به دیدن کهکشان ها نیستیم؟

این سرشماری جدید از تعداد کهکشان ها پاسخ سوال چند دهه ای مان که پارادوکس اولبر نام دارد را می دهد. اگر این همه ستاره و کهکشان وجود دارد، چرا ما نمی توانیم همه شان را ببینیم؟ با وجود تعداد بی شماری از ستاره ها و کهکشان های موجود، آسمان شب باید نورانی و درخشنده باشد.

طبق گفته ی محققان پاسخ سوال در فاصله بسیار زیاد بین ما و دیگر کهکشان ها نهفته است. به این دلیل که جهان در حال گسترش است، نوری که به ما می رسد تحت تاثیر پدیده ای به نام “redshift” قرار می گیرد. این پدیده مشابه اثر داپلر است که صدای به گوش رسیده از یک آمبولانس که از کنارمان می گذرد بسامد آن دچار تغییر می شود، به همین صورت اشیای فضایی ای که درست از کنار ما رد می شود، طول موج نور هایی که از خود منتشر می کنند دچار کشیدگی و دور شدگی می شود. هرچه دور تر از شی باشیم، نور  از محدوده دید چشم انسان بیشتر و بیشتر دور می شود و نهایتا حتی تلسکوپ هم قادر به دیدن آن نخواهد بود. علاوه بر این، کهکشان ها و فاصله بین ستاره ای میان شان پر از ریز ذرات خاکی است که نور را به خود جذب و فیلتر می کنند.

برخی از این تشعشعات خود را به عنوان نور پس زمینه که انتشار نور کمرنگی است که به نظر منشا به خصوصی ندارد نشان می دهند. دیگر نور ها قبل از آن که به ما برسند نا پدید می شوند.

تلسکوپ جیمز وب که قرار است در سال ۲۰۱۸ به فضا پرتاب شود ممکن است قادر به دیدن برخی از این ستاره ها باشد. تا قبل از آن موقع ما تنها می توانیم آن ها را باور داشته باشیم.

به نظر شما جهان با عظمت اطراف ما چقدر بزرگ تر از چیزیست که ما می توانیم آن را با تلسکوپ های امروزی ببینیم؟

نظرات و دیدگاه های خود را درباره این مطلب با دیگر کاربران گویا آی تی در میان بگذارید و با اشتراک گذاری آن در شبکه های اجتماعی خود دیگران را نیز ازاین مطلب آگاه نمایید.

منبع: astronomy