راز ماده تاریک در یک قدمی فاش‌شدن!

آژانس فضایی اروپا(ESA) اخیراً مأموریت جدیدی از برنامه علمی خود را اعلام کرده است که قرار است طی آن یک تلسکوپ کوچک به نام آراخیس را در مدار زمین مستقر کند. نام آن از رمان علمی-تخیلی Dune الهام گرفته شده است.

این ماهواره زیرک بسیار بیشتر از جثه خود عمل می‌کند و سعی می‌کند یکی از گریزان‌ترین و اسرارآمیزترین مواد جهان را که ماده تاریک نامیده می‌شود، ردیابی کند. این اصطلاحی است که به یک ماده نامرئی و فرضی اطلاق می‌شود که گمان می‌رود فراوان‌تر از ماده معمولی باشد و تأثیر گرانشی مشابهی بر محیط اطراف خود دارد.

این ماموریت در کلاس سریع(F) طبقه‌بندی می‌شود، به این معنی که کوچک‌تر، متمرکزتر و آمادگی سریع‌تری(کمتر از ۱۰ سال برای پرتاب) نسبت به سایر انواع مأموریت‌های آژانس فضایی اروپا دارد.

ماموریت کلاس F قبلی این آژانس فضایی که در سال ۲۰۱۹ اعلام شد، رهگیر دنباله‌دار(Comet Interceptor) نام داشت. این کاوشگر که در نقطه‌ای ثابت در منظومه شمسی مستقر شده، منتظر است تا یک دنباله‌دار ظاهر شود و در کنار آن پرواز کند، اتفاقی که قرار است در زمان پرتاب آراخیس در اوایل دهه ۲۰۳۰ رخ دهد.

نور را دنبال کن

از آنجایی که ماده تاریک هنوز از تشخیص دور است، ماموریت منابع نور حساس به آن را هدف قرار خواهد داد. دانشمندان دانشگاه لیورپول جان مورز می‌گویند ما انتظار داریم که ماده معمولی – موادی که در واقع نور ساطع می‌کنند، مانند ستارگان در کهکشان‌ها – عمدتاً تحت تأثیر ماده تاریک که فراوان‌تر است، حرکت کند.

آندریا فونت، اخترفیزیکدان نظری از دانشگاه لیورپول جان مورز می‌گوید ما معتقدیم که کل کهکشان‌ها توسط ماده تاریک پس‌زمینه به این سو و آن سو حرکت می‌کنند. با این حال، حرکت آنها پر از دست انداز است، زیرا تصور می‌شود که ماده تاریک به شکل نابرابر در سراسر جهان توزیع شده است و یک "شبکه کیهانی" را در فواصل وسیع تشکیل می‌دهد و ظاهری توده‌ای در مقیاس کهکشانی دارد. برخی از این توده‌ها باید با کهکشان‌های کوچکی به نام کهکشان‌های کوتوله پر شده باشند، در حالی که برخی دیگر کاملاً از ماده تاریک تشکیل شده‌اند.

همچنین بقایایی از آن کهکشان‌های کوتوله که بسیار نزدیک به کهکشان‌های میزبانی هستند که به دور آنها می‌چرخند، باقی مانده است. همانطور که ماده تاریک، این کهکشان‌ها را از طریق جزر و مد گرانشی یا نیروی کشند گرانشی از هم جدا می‌کند، آنها شروع به باز شدن در جریان‌های طولانی ستاره‌ای می‌کنند که در اطراف بخش‌های وسیعی از فضا می‌پیچند. این پوشش‌های نورانی نازک پیوند دیگری با غیب (ماده تاریک) است. با شمارش و اندازه‌گیری شکل‌های آن‌ها می‌توانیم به این پی ببریم که ماده تاریک از چه نوع ذراتی ساخته شده است و در نهایت این که کدام مدل کیهان‌شناسی دقیق‌ترین است.

انباشتگی در فضا یک پیش‌بینی قوی در مورد مدل‌های کیهانی ما است، زیرا به سادگی نتیجه گرانش را نشان می‌دهد که بر روی ماده اثر می‌گذارد. با این حال، مدل‌های ما پیش‌بینی‌های متناقضی در مورد تعداد این توده‌ها ارائه می‌دهند که بسته به نوع ذره یا ذراتی که فرض می‌کنیم ماده تاریک از آنها تشکیل شده است، می‌تواند بیشتر یا کمتر باشد.

در مدل استاندارد کیهان‌شناسی، ذرات ماده تاریک «سرد» فرض می‌شوند، به این معنی که سنگین و آهسته حرکت می‌کنند. این بدان معناست که کهکشان راه شیری ما حاوی صدها توده ماده تاریک است که برخی از آنها حاوی کهکشان‌های کوتوله هستند. اما مشکل اینجاست که ما فقط چند ۱۰ کهکشان کوتوله در اطراف خود می‌بینیم که بسیار گیج کننده است. این می‌تواند به این معنی باشد که بیشتر این توده‌ها از ماده تاریک ساخته شده‌اند.

با این حال، کیهان شناسان ایده‌های قابل قبول دیگری نیز دارند. به عنوان مثال، اگر ماده تاریک "گرم" باشد، به این معنی که ذرات بسیار سبک‌تر و سریع‌تر باشند، مانند نوترینوهای استریل، توده‌های بسیار کمتری برای شروع وجود خواهند داشت. مشاهدات می‌تواند سرنخ نهایی را در مورد اینکه کدام مدل درست است به ما بدهد، اما برای رسیدن به آن ابتدا به یک سرشماری دقیق از کهکشان‌های کوتوله‌ای که به دور کهکشان راه شیری می‌چرخند، نیاز داریم.

نوک کوه یخ

نشانه‌هایی قوی وجود دارد مبنی بر این که کهکشان‌های کوتوله‌ای که تاکنون در نزدیکی کهکشان راه شیری یا دیگر کهکشان‌های بزرگ کشف شده‌اند، فقط نوک کوه یخ هستند و بسیاری دیگر در پشت نور میزبان خود پنهان مانده‌اند. آراخیس قادر خواهد بود این جمعیت گم شده را حتی در فواصل دور کشف کند.

مشاهده این نور ضعیف ستاره‌ای حتی برای بزرگترین تلسکوپ‌های روی زمین نیز چالش برانگیز است، زیرا به تصویربرداری بسیار عمیق و بررسی بخش‌های بزرگی از آسمان نیاز دارد. علاوه بر این، جو زمین خود یک مانع است. آراخیس این مناظر را با یک دوربین ابتکاری که عمق بیشتری را در بخش نوری و فروسرخ نزدیک دارد و با میدان دید بسیار گسترده‌تری بررسی می‌کند، از فضا رصد خواهد کرد. این نوع دوربین می‌تواند زمین را نیز با وضوح عالی رصد کند.

صدها سامانه شبیه به کهکشان راه شیری که توسط آراخیس مشاهده می‌شوند، حدود ۱۰۰ میلیون سال نوری از ما فاصله دارند، جایی که تنها چند کهکشان کوتوله تاکنون کشف شده‌اند و هنوز هیچ جریان ستاره‌ای مشاهده نشده است. وقتی تعداد کهکشان‌های کوتوله‌ای که به زودی کشف می‌شوند و نحوه توزیع آن‌ها در فضا را بدانیم، خواهیم توانست مدل کیهانی درست را مشخص کنیم.

آراخیس بسیاری از قطعات گمشده را در پازل ماده تاریک خواهد یافت که مکمل آنچه قبلاً از جهان نزدیک شناخته‌ایم و همچنین آنچه در آینده از سایر تلسکوپ‌های آینده خواهیم آموخت، خواهد بود.

امید است که این مشاهدات ترکیبی و دقیق در نهایت راز ماده تاریک را آشکار کند و به ما کمک کند تا بفهمیم دقیقا چه چیزی اکثریت ماده در کیهان را تشکیل می‌دهد.