کشف کهکشانی کاملا تاریک

zoomit.ir - بابک قهرمانی: ستاره شناسان کهکشانی را در نزدیکی کهکشان راه شیری شناسایی کرده‌اند که جرم آن تقریبا هم‌اندازه با جرم کهکشان راه شیری بوده، اما به نوعی دارای جرم ستارگانی کمتر از یک درصد از ستارگان راه شیری است.

این کهکشان کاملا تاریک است و به همین دلیل برای دهه‌ها از نظرها به دور مانده است. در حال حاضر تیم پژوهشی که پشت این کشف جالب قرار دارند، پی برده‌اند که چرا این کهکشان با داشتن چنین کمبود ستاره‌ای، از هم متلاشی نمی‌شود. نکته‌ی کلیدی این است که ۹۹.۹۹ درصد این کهکشان از ماده‌ی تاریک ساخته شده است.

تخمین زده می‌شود که ماده‌ی تاریک حدود ۲۷ درصد از تمام جرم و انرژی جهان قابل مشاهده‌ی ما را تشکیل می‌دهد و در حالی که ما امروزه می‌توانیم نیروی گرانشی ناشی از آن را آشکارسازی کرده و تشخیص دهیم، اما به نظر می‌رسد که این ماده هیچ نوع نور یا اشعه‌ای از خود منتشر نمی‌کند که ما از طریق آن بتوانیم مشاهده‌اش کنیم. با وجود سالها جستجو، ما واقعا درباره‌ی ماهیت ماده‌ی تاریک هیچ ایده‌ای نداریم، اما واقعیت این است که ماده‌ی نامریی یاد شده برای ثبات جهان بسیار مهم است.

با چنین سرعتی که کهکشان‌ها در چرخش هستند، اگر تنها عاملی که آنها را کنار هم نگه می‌دارد، محدود به نیروی گرانشی خود آنها بود، در آن صورت آنها از هم متلاشی می‌شدند. در واقع عامل دیگری در این میان وجود دارد که کهکشان‌ها و بقیه‌ی کائنات را در کنار هم به شکل پایدار نگه داشته باشد و فیزیک‌دانان باور دارند که پاسخ این پرسش را می‌توان در وجود مقدار عظیمی از ماده‌ی تاریک در جهان دانست.

در واقع، مدل استاندارد کیهان‌شناسی نشان می‌دهد که ماده‌ی تاریک به مقدار بسیار زیادی در جهان وجود دارد. گفته می‌شود به ازای هر ۱ گرم اتم موجود در جهان، حداقل به میزان پنج برابر آن، ماده‌ی تاریک وجود دارد. هم اکنون نیز دانشمندان کهکشانی را یافته‌اند که تقریبا به طور کامل از آن مواد نامریی یاد شده ساخته شده است.

این کهکشان را که به نام دراگون‌فلای ۴۴ (Dragonfly ۴۴) نامگذاری کرده‌اند، در سال ۲۰۱۴، زمانی که یک گروه نجومی با استفاده از تلسکوپ کک و تلسکوپ شمالی جمینی در مانواکیا هاوایی مشغول فعالیت بودند، کشف شده بود. این کهکشان در میان انبوهی از کهکشان‌های «کرکی‌مانند» یا (fluffy galaxies) واقع در منطقه‌ای موسوم به خوشه‌ی گیسو (Coma Cluster) در فاصله‌ای حدود ۳۲۰ میلیون سال نوری دورتر از ما قرار دارد. یکی از پژوهشگران گروه تحقیقاتی، پیتر ون دکوم (Pieter Van Dokkum) از دانشگاه ییل در آن زمان گفته بود: «اگر کهکشان راه شیری دریایی از ستاره‌ها باشد، در آن صورت این کهکشان تازه کشف شده شبیه به حلقه‌هایی از ابرها هستند.»

وی اکنون نیز گفته است: «ما در حال پردازش برخی از ایده‌های محتمل در مورد چگونگی پیدایش آنها هستیم و کلا بسیار قابل توجه است که آنها توانسته‌اند به این شکل بقا یابند. آنها در یک منطقه‌ی پرشدت و متراکم در فضایی پر از ماده‌ی تاریک و کهکشان‌هایی زیادی در اطرافشان شناسایی شده‌اند. به طوری که ما فکر می‌کنیم آنها باید در میان پوشش‌های ماده‌ی تاریک خودشان نامریی شده باشند که همانند سپرهایی آنها را از تهاجم‌های بین کهکشانی محافظت می‌کنند.»

اکنون ون دکوم و تیم او فرصتی را برای سنجش فرضیه‌ی خود به دست آورده‌اند، و آنها با پی بردن به Dragonfly ۴۴، اکنون باور دارند که اینک شواهد کافی برای اثبات این امر وجود دارد که ماده‌ی تاریک واقعا در نقش یک چسب برای نگه داشتن آنها وجود دارد. محققان سرعت ستارگان در دراگون‌فلای ۴۴ را به مدت ۳۳.۵ ساعت در طی یک دوره‌ی شش شبه اندازه‌گیری کرده و از اطلاعات به دست آمده برای محاسبه‌ی جرم کلی کهکشان استفاده کردند.

افزایش سرعت یک جسم باعث افزایش انرژی جنبشی آن شده و از سویی جرم آن نیز به همین ترتیب عمل می‌کند. به عبارتی هر قدر که ستاره‌ها با سرعت بیشتری حرکت کنند، به منزله‌ی این است که کهکشان سنگین‌تری نیز داریم. این تیم محاسبات خود را انجام دادند و در نهایت سرعت ستاره‌های دراگون‌فلای را ۴۷ کیلومتر در ثانیه به دست آوردند. این تیم در ادامه محاسبه کردند که با داشتن چنین سرعتی، جرم آنها باید بیش از ۱ تریلیون برابر جرم خورشید باشد و با این تفاسیر، چنین جرمی برای اینکه به تنهایی با اتکا بر جرم ستاره‌ها این کهکشان پایدار نگه داشته شده باشد، بسیار زیاد است.

ون دکوم در گفتگو با پاپیولار مکانیکز گفت: «حرکات ستاره‌ها می‌تواند به شما نشان دهد که چه مقدار جرم در آن نواحی وجود دارد. البته ستاره‌ها مشخص نمی‌کنند که از چه جرمی ساخته شده‌اند! اما فقط می‌توان پی برد که در آن نواحی جرم مشخصی وجود دارد. ما با استفاده از رصدخانه کک، چندین بار متوجه وجود جرم بیشتری ناشی از حرکات ستاره‌ها نسبت به جرم خالص ستاره‌ها شده بودیم.»

در ادامه برآورد شد که این کهکشان برای اینکه به این شکل پایدار باقی بماند نیاز دارد که ۹۹.۹۹ درصد از ساختارش متشکل از ماده‌ی تاریک بوده باشد. به این ترتیب گروه پژوهشی به طور رسمی اعلام کرده‌اند که تاریک‌ترین کهکشان شناخته شده در جهان هستی را شناسایی کرده‌اند. گفتنی است که یک کهکشان تاریک در خوشه‌ی دوشیزه نیز در اوایل سال جاری مشخص شد، اما ماده‌ی تاریک در آن کهکشان ۹۹.۹۶ درصد از ساختارش را دربر گرفته بود.

با اینکه این کشف بسیار جالب است، اما پرسش‌هایی که ایجاد کرده بسیار بیشتر از پاسخ‌هایی که پیش رویمان گذاشته است. در حال حاضر، همه‌ی گزینه‌های محتمل برای ماده‌ی تاریک به علت عدم شواهد و قدرت کافی برای توضیح ماهیت این ماده شکست خورده‌اند. این در حالی است که تا پیش از این یافته، معدود کهکشان‌های متشکل از ماده‌ی تاریکی که می‌شناختیم نیز بسیار کم‌شمار و دوردست بودند.

دراگون‌فلای ۴۴ کهکشان بزرگی است و هیچ کس نمی‌تواند به درستی دریابد که چرا تا آن اندازه بزرگ شده و همچنین اینکه چطور توانسته با وجود کم بودن مقدار ماده‌ی مریی، همچنان پایدار و عظیم بماند. اما حداقل در حال حاضر ما کهکشانی سرشار از ماده‌ی تاریک را برای مطالعه پیدا کرده‌ایم، اینطور نیست؟

ستاره‌شناس مارلا گیا (Marla Geha) یکی از اعضای گروه نجومی از دانشگاه ییل که خودش در این پژوهش شرکت نداشته، در این باره به نیوساینتیست می‌گوید: «استدلال کردن از روی مشاهدات دشوار است. هم اکنون نتایج به دست آمده از این مقاله با درک من از چگونگی شکل‌گیری کهکشان‌ها تضاد دارد.»

من امیدوارم که این اجرام کیهانی چیزی همانند یک فرم یا تنها فرم نادر از برخی محیط‌های خاص فضایی همچون خوشه‌های کهکشانی بسیار ثقیل باشند. در غیر این صورت احتما ما نیاز به بازنویسی چگونگی شکل‌گیری کهکشان‌ها پیدا کنیم. این پژوهش در Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.