ماده تاریک چیست؟

[شیرین فرهمندپور]

بیگ بنگ: مادۀ تاریک ، در اخترشناسی و کیهان‌شناسی، ماده‌ای فرضی است که چون از خود نور یا امواج الکترومغناطیسی منتشر یا بازتاب نمی‌کند، نمی‌توان آن را مستقیما” دید، اما از اثرات گرانشی موجود بر روی اجسام مرئی، مثل ستاره‌ها و کهکشان‌ها، می‌توان به وجود آن پی برد.



تاریخچه ماده تاریک

به گزارش بیگ بنگ، اختر-فیزیک‌دانان فرضیه ماده تاریک را مطرح نمودند تا اختلاف میان جرم محاسبه‌شده برای اجرام غول‌پیکر آسمانی توسط دو روش استفاده از تاثیرات گرانشی آنها و یا استفاده از مواد درخشان درون آنها (ستارگان، گاز، غبار) را توضیح دهند. این فرضیه نخستین بار توسط یان اورت در سال ۱۹۳۲ برای توضیح سرعت‌های مداری ستارگان در کهکشان راه شیری و توسط فریتز زوییکی در سال ۱۹۳۳ برای توضیح شواهد مربوط به «جرم گمشده» در سرعتهای مداری کهکشانها در خوشه‌های کهکشانی، مطرح گردید. در پی آن بسیاری از مشاهدات دیگر نیز مطرح گشت که دلالت بر وجود ماده تاریک در جهان داشتند. از جمله این مشاهدات می‌توان به مشاهده سرعتهای چرخشی کهکشانها توسط ورا روبین در دهه‌های ۱۹۶۰-۱۹۷۰، همگرایی گرانشی اجسام پس‌زمینه توسط خوشه‌های کهکشانی همچون خوشه گلوله، الگوهای ناهمسانگردی دما در تابش زمینه کیهانی اشاره نمود. کیهان‌شناسان توافق نظر دارند که ماده تاریک عمدتاٌ از نوعی ذره زیراتمی ناشناخته تشکیل شده‌است. جستجو برای یافتن این ذره با استفاده از وسایل گوناگون یکی از تلاشهای اصلی فیزیک ذرات بنیادی است.

مشاهده و تاثیرات ماده تاریک

ستاره شناسان قادر به مشاهده مستقیم ماده تاریک نیستند اما می توانند به بررسی تاثیرات آن بپردازند. نزدیک به چهل سال است که اخترشناسان با بررسی اثرات گرانشی در کهکشان‌ها و خوشه های کهکشانی متوجه شده‌اند ماده معمولی که به شکل ستارگان و ابرهای گرد و غبار و توده‌های عظیم گاز دیده می‌شود، عامل حدود ۱۵ درصد از این نیروی گرانشی است. دانشمندان بقیه این نیروی گرانشی عظیم را به ماده مرموزی با نام ماده تاریک نسبت داده‌اند که جز با اثر گرانشی‌اش به هیچ روش شناخته‌شده دیگری قابل تشخیص نیست.

واضح است که ماده‌ی تاریک در مقیاس بزرگ‌تر نمود بیشتری پیدا می‌کند، به همین دلیل دانشمندان با بررسی ۱۳۵ تصویر عدسی گرانشی از ۴۲ کهکشان دوردست در خوشه کهکشانی آبل ۱۶۸۹ موفق شدند نقشه ماده تاریک درون این خوشه کهکشانی را بدست بیاورند. این ۴۲ کهکشان دوردست بین ۷ تا ۱۲ میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارند و اگر عدسی گرانشی آبل۱۶۸۹ نبود، امکان نداشت آنها را مشاهده کرد. صورت گرفته‌است. محققان معتقدند ماده تاریک و انرژی تاریک تشکیل دهنده بخش زیادی از جرم موجود در جهان قابل مشاهده هستند. اجزای ماده تاریک جرم بسیار بیشتری از قسمت دیده شدنی کائنات دارند.



هرچند با اطلاعات جدیدتر از جمله نقشه‌های تلسکوپ فضایی پلانک متوجه شده‌ایم که ماده تاریک ۲۶.۸ از محتوای ماده-انرژی کیهان را تشکیل می‌دهد، اما ماهیت آن هنوز یک معما است. در صدر فهرست کاندیداهای ماده تاریک، ذرات سنگین با برهمکنش ضعیف (WIMP) قرار دارند. آکسیون‌ها که ذراتی به مراتب سبک‌تر و سردترند، در ردیف بعدی جای گرفته‌اند. آشکارسازهای متعددی در سراسر دنیا به دنبال شکار این دو نامزد ماده تاریک هستند. پیش از این سیگنال‌هایی از WIMP دیده شده بود، اما این مشاهده‌ها قطعی نبودند، حال آنکه تنها مورد مشاهده سیگنال اکسیون، بعدها رد شد. به تازگی نیز دانشمندان با بررسی سیگنال های مرموز و مشابهی که در بیش از ۷۰ خوشه کهکشانی مشاهده کردند و آن را به واپاشی “نوترینوهای استریل” ، ذرات ناباروری که تاکنون یافته نشده اند و به سختی با ماده ی معمولی برهم کنش انجام می دهند نسبت دادند و این ذرات را کاندیدی برای ماده تاریک محسوب کردند.آشکارسازی ماده تاریکتحقیقات روی رفتار ماده‌ی تاریک و هویت واقعی آن همچنان ادامه دارد و دانشمندان از تکنیک های مختلفی در اختر فیزیک برای آشکار سازی این ماده مرموز استفاده می کنند که در زیر نام می بریم: ۱- در شتاب دهنده بزرگ هادرونی ۲- با استفاده از داده های ماهواره های WMAP و پلانک ۳- آزمایشات تشخیص مستقیم برای شناخت ماده تاریک ۴ – آزمایشات تشخیص غیر مستقیم: آشکار ساز های اشعه گاما ( فرمی در فضا و تلسکوپ چرنکوف در زمین تلسکوپ های نوترینو (lceCube , antares ) آشکار ساز های پاد ماده (Pamela , ams-02) و تجهیزات امواج ایکس و رادیویی استفاده می شود.
منبع:سایت عملی بیگ بنگ
لینک:ماده تاریک

[شیرین فرهمندپور]

جستجوی “ماده تاریک” در برخورد دهنده‌!

بیگ بنگ: پژوهشگران از نبود نوع خاصی از محصول در برخورد دهنده‌ای که قادر است ذرات ماده‌ی تاریک را تولید کند، برای اعمال قویترین محدودیت‌ها بر برخی از مدل‌های ماده‌ی تاریک استفاده کرده‌اند.به گزارش انجمن فیزیک ایران، هیچ ایده‌ای وجود ندارد که ماده‌ی تاریک چیست؛ حل این معما مستلزم تلاش برای آشکارسازی مستقیم ذرات ماده‌ی تاریک نخستین است، هنگامی که در نزدیکی زمین جریان می‌یابند. اما شاید امکان تولید این ذرات در برخورد دهنده‌ها نیز فراهم باشد. اکنون گروه همکاری ATLAS از سرن در Physical Review Letters گزارش کرده است که از عدم وجود نوع خاصی از محصول در چنین برخورد دهنده‌ای، برای اعمال قویترین محدودیت‌ها بر برخی از مدل‌های ماده‌ی تاریک استفاده کرده است.

اگر ماده‌ی تاریک شامل ذرات سنگین با برهمکنش ضعیف (WIMPs) باشد، که با پروتون‌ها و نوترون‌ها جفت می‌شوند، بنابراین این شانس وجود دارد که هسته‌ها را در یکی از جهت‌های آشکارسازهای زیرزمینیِ ماده‌ی تاریک پراکنده کنند. ذرات سنگین با برهمکنش ضعیف، ذراتی فرضی هستند که تنها از طریق نیروی هسته‌ای ضعیف و گرانش برهمکنش می‌کنند.هسته‌ها متشکل از پروتون و نوترون هستند که آن‌ها نیز به نوبه‌ی خود از کوارک‌ها تشکیل شده‌اند. فرآیند WIMP + quark′ → WIMP + quarkرا در نظر می‌گیریم . بر طبق نظریه‌ی میدان کوانتومی، احتمالی نیز برای فرایند quark + quark′ → WIMP + WIMP وجود خواهد داشت که می‌تواند در برخورد دهنده اتفاق بیفتد.اما جفت WIMP قبل از مشاهده ناپدید می‌شوند، بنابراین آشکارسازی آن‌ چگونه است؟ بر طبق این نظریه، رخداد دیگری نیز با احتمال کم می‌تواند به وقوع بپیوندد به این صورت که یکی از کوارک‌ها می‌تواند یک بوزون W یا Z تابش کند، قبل از آنکه به وسیله‌ی کوارک دیگری نابود و به یک جفت WIMP تبدیل شود. گروه ATLAS به دنبال چنین رخدادهایی، داده‌هایی را بدست آورده که با اثرات زمینه‌ی مدل استاندارد مطابقت دارد و هیچ نشانی از WIMP در آن نیست. آن‌ها از این نتایج برای اعمال قیدهایی بر مدل‌های WIMP با برهمکنش‌های وابسته به اسپین استفاده کردند که دقیق‌تر از قیدهای موجود بدست آمده از آزمایش‌های آشکارسازی مستقیم است. این نویدی بر آن است که برخورد دهنده‌ می‌تواند به ابزار مکمل قدرتمندی برای جستجوی ماده‌ی تاریک تبدیل شود.
منبع:سایت علمی بیگ بنگ
لینک:
جستجوی “ماده تاریک” در برخورد دهنده‌!

[شیرین فرهمندپور]

سیگنالی که اسرار “ماده تاریک” را فاش می سازد!

بیگ بنگ: ستاره‌شناسان تلسکوپ چاندرای ناسا به همراه محققان XMM نیوتنِ آژانس فضایی اروپا، یک سیگنال مرموز را در یک خوشه ی کهکشانی که ۲۴۰ میلیون سال نوری با زمین فاصله دارد، کشف کردند.



تصویری از سیگنال های پرتو X مرموز در خوشه کهکشانی برساووش. اعتبار عکس: NASA / CXC / SAO
تصویری از سیگنال های پرتو X مرموز در خوشه کهکشانی برساووش. اعتبار عکس: NASA / CXC / SAO
به گزارش بیگ بنگ، این سیگنال های مرموز اشعه X از خوشه کهکشانی صورت فلکی برساووش رصد شده است. پیش از این نیز سیگنال های مرموز و مشابهی در بیش از ۷۰ خوشه کهکشانی نیز مشاهده شده بودند.محققان بر این باورند که این پرتوها از واپاشی “نوترینوهای استریل” منتشر شده اند، ذرات ناباروری که تاکنون یافته نشده اند و به سختی با ماده ی معمولی برهم کنش انجام می دهند. دانشمندان معتقدند نبود برهم کنش در نوترینوهای استریل می تواند بعنوان توضیحی برای ماده تاریک محسوب شود.

براساس نظریه‌های مطرح شده، حدود ۸۵ درصد ازکل جهان از ماده‌ای ناشناخته ی تاریک تشکیل شده، ماده‌ای که چون از خود نور (امواج الکترومغناطیسی) گسیل یا بازتاب نمی‌کند، نمی‌توان آن را مستقیما دید، اما از اثرات گرانشی موجود بر روی اجسام مرئی، مثل ستاره‌ها و کهکشان‌ها، می‌توان به وجود آن پی برد. به گفته ی دانشمندان، اگر مشخص شود که این برهم کنش بخاطر حضور نوترینوهای استریل باشد، می توان گفت این نزدیک ترین جرم به مدل پیش بینی شده ی ماده ی تاریک می باشد. تحقیقات گسترده‌ ستاره شناسان برای کشف راز سیگنال مرموز همچنان ادامه دارد.

منابع: newscientist , universetoday

منبع:
سایت علمی بیگ بنگ
لینک:
سیگنالی که اسرار “ماده تاریک” را فاش می سازد!

[شیرین فرهمندپور]

شبیه سازی اسرار “ماده تاریک”

بیگ بنگ: فیزیکدانان دانشگاه دورهام مدعی حل یکی از معماهای ماده تاریک شدند. این محققان با ارائه شبیه‌سازیهای جدید کامپیوتری نشان دادند “جهان محلی ما” چگونه از زمان بیگ بنگ در ۱۳٫۸ میلیارد سال قبل، تاکنون رشد کرده است.



محققان دانشگاه دورهام با استفاده از ابر کامپیوتری با 6720 پردازنده ی هسته ای و 53760 گیگابایت رم شبیه سازی جدید را انجام دادند که چگونگی توضیح کهکشان ها و ماده تاریک را در جهان اولیه نشان می دهد.
محققان دانشگاه دورهام با استفاده از ابر کامپیوتری با ۶۷۲۰ پردازنده ی هسته ای و ۵۳۷۶۰ گیگابایت رم این شبیه سازی جدید را انجام دادند که چگونگی توضیع کهکشان ها و ماده تاریک را در جهان اولیه نشان می دهد.
به گزارش ایسنا، شبیه‌سازیهای دانشمندان هاله‌هایی از ماده شکل‌گرفته در زمان تولد جهان را نمایش می‌دهند که می‌توانند شاهدی از ماده تاریک گریزان باشند. هاله‌ها توده‌هایی از ماده تاریک هستند که اطراف هر کهکشان شناخته شده را دربرگرفته‌اند. نظریه کیهان‌شناختی پیش‌بینی می‌کند محله کیهانی ما باید با میلیونها هاله کوچک حاوی چندین کهکشان همراه باشد اما تنها چند ۱۰ کهکشان کوچک در اطراف کهکشان راه شیری مشاهده شده‌اند.

به گفته محققان، ماده تاریک کلید کل دانش انسان در مورد کهکشانهاست، اما هنوز ماهیت دقیق آن مشخص نشده است. درک چگونگی شکل‌گیری کهکشانها می‌تواند به درک اسرار ماده تاریک کمک کند. یکی از بزرگترین معماها، عدم وجود کهکشان در هر هاله است. محققان دورهام بر این باورند که شبیه‌سازیهای آنها می‌تواند به این معما پاسخ داده و با صراحت به نمایش چگونگی و چرایی عدم موفقیت میلیونها هاله اطراف راه شیری و همسایه آن آندرومدا،‌ در تولید کهکشان بپردازد. به گفته آنها، گازی که باید کهکشانها را ایجاد کند توسط گرمای اولین ستارگان شکل‌گرفته در جهان، سترون شده و از سرد شدن و تبدیل آن به ستاره جلوگیری شده است. این در حالیست که چند هاله توانسته‌اند از این کوره کیهانی با رشد زودهنگام و سریع گذر کرده و گاز خود را برای تشکیل کهکشانها حفظ کنند.

محققان دریافتند که بیشتر هاله‌های ماده تاریک از چند نمونه‌ای که با نور ستارگان روشن شده‌اند، متفاوتند. آنها با استفاده از شبیه‌سازی‌های خود دریافتند اگر نظریه‌ها در مورد ماده تاریک درست باشد، جهان اطراف ما باید مملو از هاله‌هایی باشد که موفق به تولید کهکشان نمی‌شوند. دکتر تیل ساوالا از موسسه کیهان‌شناسی محاسباتی دانشگاه دورهام می‌گوید، این پژوهش برای اولین بار به شبیه‌سازی تکامل گروه محلی کهکشانها پرداخته است. این گروه شامل بیش از ۵۴ کهکشان از جمله راه شیری و آندرومدا است. شبیه‌سازی فوق توسط ماشین کیهان‌شناسی انجام شد که بخشی از تاسیسات ابرمحاسباتی ملی DiRAC برای پژوهش در فیزیک نجومی و فیزیک ذرات است. ماشین کیهان‌شناسی که در دانشگاه دورهام واقع شده، بیش از ۵۰۰۰ برابر قدرت محاسباتی بیشتری نسبت به رایانه‌های عادی داشته و همچنین حافظه آن ۱۰ هزار برابر بیشتر است. این نتایج در نشست ملی نجوم انجمن سلطنتی نجوم در پورتسماوث ارائه شد.

منبع:
سایت علمی بیگ بنگ
لینک:
شبیه سازی اسرار "ماده تاریک"

[شیرین فرهمندپور]

آیا “ماده تاریک” دایناسورها را از بین برد؟

بیگ بنگ: بر اساس مطالعه جدید دانشمندان دانشگاه ماساچوست، ماده تاریک شاید نابودگر اصلی دایناسورها بوده باشد. عبور دوره‌ای منظومه شمسی از میان صفحه‌ای از ماده تاریک روی صفحه کهکشان راه‎شیری می‌تواند منجر به آغاز بمباران دنباله‌دارها و افزایش احتمال انقراض گسترده نسل جانداران شود.



article-2575648-1C1B46E900000578-137_634x387محققان دانشگاه هاروارد معتقدند که ورود سامانه خورشیدی از خلال ماده تاریک باعث برخورد دنباله دارها و شهاب سنگها به زمین شده و منجر به انقراض نسل دایناسورها شده است.



گروهی از فیزیکدانان نظری می‌گویند که احتمالا صفحه‌ای نازک از ماده تاریک در کهکشان راه شیری، عامل اصلی بمباران زمین با شهابسنگ‌های بزرگی بوده که منجر به انقراض نسل و قتل عام جانورانی مانند دایناسورها شده است. این مدل مبتنی بر شکلی فرضی از ماده تاریک است که در سال گذشته به عنوان ابزاری برای حل یک معمای کیهانی دیگر تعریف شده بود. وجود چنین صفحه تاریکی می‌تواند به زودی توسط رصدخانه‌های نجومی آزمایش شود.

در مقاله تازه، دو فیزیک‌دان نظری به نام لیزا رندال و متیو ریس از دانشگاه هاروارد، نظریه دیگری را ارائه کرده‌اند که این تناوب فرضی را ناشی از تناوب مسیر خود خورشید (و البته کل منظومه شمسی) در امتداد مسیر خود در کهکشان راه شیری می‌داند. خورشید علاوه بر این که از الگوی حرکت چرخشی بازوی‌های کهکشان پیروی می‌کند و به دور مرکز کهکشان می‌چرخد، در یک چرخه ۷۰ میلیون ساله به سمت بالا و پایین حرکت می‌کند و محاسبات آن‌ها نشان می‌دهد منظومه شمسی هر ۳۵ میلیون سال یک بار، از خلال ماده تاریک عبور می‌کند. الگوی مشابهی پیش‌تر در مطالعه برخوردهای دنباله‌دارها روی زمین مشاهده شده بود که نشان می‌داد این برخوردها هر ۳۵ میلیون سال افزایش می‌یابند.

مدل‌های قبلی نمی‌توانستند وجود نیروی گرانشی بسیار قوی را که موجب این اثر شود، توضیح دهند. اما رندال و ریس نشان دادند صفحه‌ای نازک از ماده تاریک در مرکز صفحه کهکشان می‌تواند دقیقا این کار را انجام دهد و سبب طوفان‌های کهکشانی با تناوبی تقریبا ۳۵ میلیون ساله شود. این توضیح با برخی مدارک آماری ضعیف که در بررسی اخیر حفره‌های برخوردی شدید یافت شده، منطبق است. مقاله جدید این دو به زودی در ژورنال Physical Review Letters منتشر خواهد شد. برای مطالعه نسخه الکترونیکی این مقاله، اینجا را کلیک کنید.

article-2575648-1C1B46F100000578-469_634x562ماده تاریک ، این نیروی مرموز برای نظریه‌های توضیح‌دهنده چگونگی انبساط جهان و چگونگی تعامل کهکشان‌ها حیاتی است و دانشمندان تقریبا مطمئن‌اند ماده تاریک وجود دارد اما نمی‌دانند به چه چیزی شباهت داشته یا این که کجا باید آن را بیابند.

تیم علمی به دنبال بررسی ارتباط احتمالی بین برخوردهای دنباله‌دار و حرکت منظومه شمسی از خلال دیسک ماده تاریک بود. زمانی که منظومه شمسی از خلال دیسکی حرکت می‌کند، با کشش گرانشی قوی مواجه می‌شود که نواحی مانند ابر اورت را مختل کند؛ این کشش می‌تواند حرکت سنگهای فضایی به سمت زمین را موجب شود.

تیم علمی دهانه‌های برخوردی بزرگ راکه در ۲۵۰ میلیون سال گذشته روی زمین ایجاد شده بودند، مطالعه کرد؛ تحلیل آن‌ها نشان می‌دهد ماده تاریک، احتمالا الگوهای مشاهده‌شده در دهانه‌های برخوردی را بیش از میزان متوسط دهانه برخورد ایجاد می‌کند. با این حال، دهانه برخوردی که با انقراض دایناسورها در ۶۶ میلیون سال پیش مرتبط است، به طور کامل با گذر منظومه شمسی از خلال این دیسک مطابقت ندارد و دانشمندان به تحقیقات بیشتری در این زمینه نیاز دارند. به رغم مبنای نه چندان محکم این مدل، راندل آن را باارزش می‌داند. او می گوید: «این مدل سعی می‌کند تا این ایده دیوانه وار را به علم تبدیل کند، ما نمی‌گوییم که فکر می‌کنیم این مدل ۱۰۰ درصد درست است، فقط می‌گوییم که پیش‌بینی‌هایی بر مبنای این مدل انجام خواهیم داد».

منبع:
سایت علمی بیگ بنگ
لینک:
آیا “ماده تاریک” دایناسورها را از بین برد؟

[شیرین فرهمندپور]

معرفی یک ذره بنیادی جدید برای شناسایی مادۀ تاریک!

بیگ بنگ: محققان دانشگاه ساوث‌ همپتون یک ذره بنیادین بسیار سبک و جدیدی را مطرح کرده‌اند که می‌تواند دلیل ناتوان ماندن بشر در شناسایی ماده تاریک – که ۸۵ درصد جرم جهان را تشکیل داده – را توضیح دهد.

به گزارش بیگ بنگ به نقل از ایسنا، تصور می‌شود که ماده تاریک به دلیل تاثیر گرانشی آن بر روی ستارگان و کهکشان‌ها، عدسی گرانشی اطراف آنها و بخاطر اثر آن بر تابش پس زمینه کیهانی وجود داشته باشد. علیرغم شواهد غیر مستقیم قانع‌کننده و تلاش‌های قابل توجه تجربی، هنوز کسی نتوانسته بطور مستقیم ماده تاریک را مشاهده کند. فیزیک ذرات سرنخ‌هایی را در مورد شکل احتمالی ماده تاریک ارائه کرده و نگرش استاندارد این است که ذرات ماده تاریک به عنوان ذرات بنیادی در مقایسه با اتمهای سنگین از جرم بسیار زیادی برخوردارند.

ذرات سبکتر ماده تاریک به دلایل فیزیک نجومی کمتر محتمل هستند، اگرچه استثنائاتی نیز وجود دارد. پژوهش اخیر ذره جدیدی را معرفی کرده که دارای جرم حدود ۰٫۰۲ درصد یک الکترون است. اگرچه این ذره با نور تعامل ندارد، اما بشدت با ماده عادی در تعامل است. در حقیقت، این ذره در تضاد کامل با کاندیدهای دیگر ممکن است حتی در جو زمین نفوذ نکرده باشد.

از آنجایی که تشخیص این ماده در زمین ممکن نبوده، محققان قصد دارند بررسی‌هایی را بر روی یک آزمایش فضایی که قرار است توسط کنسرسیوم تشدید کننده‌های ماکروسکوپی انجام شود، آغاز کنند. یک نانوماده معلق در فضا که بطور مستقیم در معرض جریان ماده تاریک قرار گرفته، به سمت پایین کشیده شده و نظارت حساس بر موقعیت این ذره، اطلاعاتی را در مورد ذات ذره ماده تاریک در صورت موجودیت آن آشکار خواهد کرد. نتایج این پژوهش در مجله Scientific Reports منتشر شده است.

منبع:

سایت علمی بیگ بنگ

لینک:

معرفی یک ذره بنیادی جدید برای شناسایی مادۀ تاریک!

[شیرین فرهمندپور]

ذرات شناخته شدۀ فیزیک می توانند “ماده تاریک” را توضیح دهند!

بیگ بنگ: ماده تاریک ماده‌ای مرموز است که به اعتقاد کیهان‌شناسان ۸۵ درصد از جهان هستی را تشکیل داده‌ است، اما براساس نظریه‌ای جدید، این ماده مرموز ممکن است به ماده‌ای شناخته شده شباهت داشته‌ باشد.

به گزارش بیگ بنگ به نقل از همشهری، در صورتی که این نظریه جدید درست باشد،‌ دریچه‌ای جدید به سوی وجه نامرئی و تاریک فیزیک گشوده می شود. ماده تاریک تنها از طریق گرانش قادر به تعامل با دیگر مواد است، اگر ماده تاریک درون سطلی ریخته شود، از میان آن عبور خواهد‌ کرد زیرا با الکترومغناطیس تعاملی ندارد. (یکی از دلایلی که انسان می‌تواند روز سطح زمین بایستد این است که اتم‌های پای وی توسط اتم‌های سطح زمین رانده می‌شوند.) از آنجایی که ماده تاریک نمی‌تواند نور را بازتاب داده و یا جذب کند، نامرئی و ناملموس است.

از این رو دانشمندان برای قبول این ماده وجود آنها را به رفتار کهکشان‌ها نسبت می‌دهند، جرم محاسبه شده کهکشان‌ها براساس مواد مرئی سازنده آنها به اندازه‌ای کافی نبود که بتواند اجزای آنها را متصل به هم نگه دارد. بعد‌ها رصد بزرگنمایی گرانشی که در آن نور در حضور میدان‌های گرانشی دچار انحراف و اعوجاج می‌شود، نشان داد ماده دیگری نیز وجود دارد که قابل مشاهده نیست اما می‌تواند کهکشان‌های را جرمگین‌تر سازد.

پیون‌های نامرئی

اکنون تیمی متشکل از پنج فیزیکدان ادعا می‌کنند که ماده تاریک شاید نسخه‌ای نامرئی و غیرملموس از پیون، ذره‌ای که در دهه ۱۹۳۰ کشف شد باشد. یک پیون نوعی مزون،‌دسته‌ای از ذرات متشکل از کوآرک‌ها و آنتی‌کوارک‌ها، است؛ پیون‌های خنثی در میان پروتون‌ها و نوترون‌ها حرکت کرده و آنها را در مقیاس هسته اتمی به یکدیگر پیوند می‌دهند.

بیشتر فرضیه‌ها درباره ماده تاریک فرض را بر این گذاشته که ماده تاریک از ذراتی بدون قابلتی تعامل با یکدیگر تشکیل شده‌است، ذراتی که به آرامی از میان یکدیگر عبور می‌کنند. این ذرات ذرات بزرگ کم تعامل یا WIMPها نام دارند. فرضیه دیگر این است که ماده تاریک از از اکسیون‌ها، ذرات فرضی که قادر به حل پرسش‌هایی بدون پاسخ درباره مدل استاندارد فیزیک ذره‌ای هستند، ساخته شده‌است. اکسیون‌ها نیز قدرت تعامل قوی با یکدیگر را ندارند.

فرضیه جدید فیزیکدانان دانشگاه برکلی پیون‌های سازنده ماده تاریک را با قابلیت تعامل شدید‌تر متصور شده‌است،‌ زمانی که ذرات یکدیگر را لمس می‌کنند تا حدی نابود شده و به ماده معمولی تبدیل می‌شوند. برای تبدیل شدن به ماده عادی ذرات باید در الگویی سه به دو با یکدیگر برخورد کنند یعنی سه ذره از ماده تاریک با یکدیگر برخورد کنندبخشی از کوارک‌های ماده تاریک تبدیل شده به ماده عادی مقداری ماده تاریک از خود به جا می‌گذارد. با این مقیاس آنچه به جا می‌ماند می‌تواند مقدار قابل قبولی ماده تاریک و ماده عادی در جهان ایجاد کند. فرضیه جدید توضیح می‌دهد که در جهان اولیه پیون‌های تاریک با یکدیگر برخورد کرده‌ و از میزان ماده تاریک کاسته‌اند.

اما با انبساط جهان هستی میزان برخورد ذرات با یکدیگر کمتر و کمتر شده‌است تا حدی که امروز این ذرات به حدی از هم فاصله گرفته‌اند که به ندرت با یکدیگر برخورد می‌کنند. اما برای عملی شدن فرضیه جدید، پیون‌ها باید از چیزی متفاوت از ماده معمولی ایجاد شده‌باشند زیرا هرآنچه از کوآرک‌های عادی ساخته شده باشد رفتاری متفاوت از ماده تاریک از خود نشان می‌دهد. فیزیکدانان می‌گویند این فرضیه جدید می‌تواند به توضیح جرم کهکشان‌هایی خاص مانند کهکشان‌های کوتوله که از مناطق بسیار جرمگینی برخوردارند که تنها در شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای قابل مشاهده‌اند، کمک کند. شاید برخورد‌دهنده بزرگ هادرون بتواند به زودی فرضیه فیزیکدانان برکلی را تایید یا رد کند.

منبع:
سایت علمی بیگ بنگ
لینک:
ذرات شناخته شدۀ فیزیک می توانند “ماده تاریک” را توضیح دهند!

[شیرین فرهمندپور]

آشکارسازی نشانهﻫﺎیی از مادهﻯ تاریک!

بیگ بنگ: یک آشکارساز ذرات که در فضا (بر روی ایستگاه فضایی بین المللی) در ارتفاع ۴۰۰ کیلومتری از سطح زمین شناور است، ۴۱ میلیارد ذرهﻯ موجود در تابشﻫﺎی کیهانی را مورد بررسی و کاوش قرار داده است؛ دادهﻫﺎی به دست آمده، بینش تازهﺍی دربارهﻯ مادهﻯ تاریک مرموز و نامرئی که فیزیکدانان بر این باورند بیش از ۲۷ درصد از جهان از آن ساخته شده را پدیدار کرده است.

به گزارش بیگ بنگ، در این مورد، ساموئل تینگ، استاد فیزیک در دانشگاه ام.آی.تی و سخنگوی AMS در جریان یک پخش زندهﻯ اینترنتی در آزمایشگاه سرن (سازمان پژوهشﻫﺎی هستهﺍی اروپا) در سوئیس در روز پنج شنبه ۱۳۹۳/۰۶/۲۷ بیان داشت: در حال حاضر شواهدی از مادهﻯ تاریک که سال گذشته توسط آشکارساز طیف سنج مغناطیسی آلفا (AMS) بر روی ایستگاه فضایی بین المللی جمع آوری شده موجود است، نتایج تازه، دقیقﺗﺮین اندازﮦگیریﻫﺎی ذرات موجود در تابشﻫﺎی کیهانی، تا کنون ﻣﻰباشند. دادﮦهای به دست آمده از این اندازﮦگیریﻫﺎ، ۵۰ درصد بیشﺗﺮ از اندازﮦگیریﻫﺎی پیشین است، و بینشﻫﺎی تازهﺍی دربارهﻯ سرآغاز پیدایش ذراتی که در تابشﻫﺎی کیهانی یافت ﻣﻰشوند را آشکار نموده است.

فیزیکدانان فرضیهﺍی را برای آشکارسازی هستی ماده نامرئی استفاده می کنند، یعنی مادهﻯ تاریک به عنوان راهی برای روشن ساختن اینکه چرا کهکشانﻫﺎ و اجرام آسمانی از هم فاصله نگرفته و پراکنده ﻧﻤﻰشوند، بنیان نهاده اند. همهﻯ مواد، گرداگرد خود نیروی گرانشی تولید ﻣﻰکنند اما برپایهﻯ اندازه گیریﻫﺎی انجام شده، نیروی گرانش مادهﻯ مرئی ﻯ موجود در جهان، به آن اندازه نیست که بتواند از پراکنده شدن کهکشانﻫﺎ و گسترش بسیار زیاد جهان جلوگیری نماید. بر پایهﻯ برآورد فیزیکدانان، برای در کنار هم نگه داشتن کهکشانﻫﺎ (و حفظ ساختار کنونی جهان)، مقدار مادهﻯ تاریک باید نزدیک به ۵ برابر بیشﺗﺮ از مقدار مادهﻯ مرئی ﻯ موجود در جهان باشد.

برخورد مواد تاریک با یکدیگر

اما فیزیکدانان هنوز ﻧﻤﻰدانند که مادهﻯ تاریک از چه ساخته شده، یا چطور باید آن را به طور مستقیم آشکارسازی نمود. بر پایهﻯ پیشنهاد یک نظریهﻯ عامه پسند، مادهﻯ تاریک از ذرات پُرجرمی که با یکدیگر برهمکنش ضعیفی دارند ساخته شده است. به گمان فیزیکدانان، برخورد بین دو ذره از این نوع، باعث نابودی هر یک از آن دو ذره و ساخته شدن یک الکترون و یار ضد مادﮦاش، پوزیترون ﻣﻰشود. جرم پوزیترون با جرم الکترون برابر است، اما بر خلاف الکترون، دارای بار الکتریکی مثبت ﻣﻰباشد.

در اینجاست که AMS و دادﮦهای به دست آمده از پرتوهای کیهانی (برای شناخت سرشت مادهﻯ تاریک) وارد ﻣﻰشوند. بخشﻫﺎیی از اتمﻫﺎ، شامل پروتونﻫﺎ و هستهﻳﻰ که الکترونﻫﺎ از آن جدا شدﮦاند به همراه آمیختهﺍی از پوزیترونﻫﺎی پُرانرژی و الکترونﻫﺎ،تابشﻫﺎی کیهانی را ﻣﻰسازند. اما (بر پایهﻯ دادﮦهای به دست آمده در این پژوهش،) تعداد پوزیترونﻫﺎ نسبت به الکترونﻫﺎ، فزونی بسیار بیشﺗﺮی دارد، بنابراین فیزیکدانان فکر ﻣﻰکنند که پرتوهای کیهانیﻧﻤﻰتوانند به تنهایی، سرچشمهﻯ پوزیترونﻫﺎ باشند. دانشمندان فکر ﻣﻰکنند که سرچشمهﻯ دیگر، ﻣﻰتواند (در نتیجهﻯ فرآیندِ) برخورد ذرات گریزانِ مادهﻯ تاریک با یکدیگر باشد.

بینشﻫﺎی تازه دربارهﻯ مادهﻯ تاریک

AMS ﻣﻰتواند سطح انرژی هر ذره را تا مرتبهﻯ گیگا الکترون ولت، اندازﮦگیری نماید. یک گیگا الکترون ولت برابر است با یک میلیارد الکترون ولت است. دادﮦهای به دست آمده از پرتوهای کیهانی که توسط AMS جمعﺁوری شده است، یک تفاوت فاحش بین شار پوزیترونﻫﺎ و شار الکترونﻫﺎ، هم از لحاظ بزرگی و هم از لحاظ انرژی را نشان ﻣﻰدهد. آقای تینگ ﻣﻰگوید: ’’آنﻫﺎ (شار پوزیترونﻫﺎ و شار الکترونﻫﺎ) به هیچ وجه وابستگی و پیوندی با یکدیگر ندارند،‘‘ وی همچنین افزود: ’’این یک چیز بسیار، بسیار عجیب و غریب است ما زمان زیادی به بررسی این نکته پرداختم؛ در نادرستی این مساله هیچ شکی نیست(به عبارت دیگر، یک جای کار ﻣﻰلنگد).‘‘ تینگ و سایر فیزیکدانان فکر ﻣﻰکنند که این تفاوتﻫﺎ باید بدین معنی باشند که پوزیترونﻫﺎ و الکترونﻫﺎ، هر یک از سرچشمهﺍی جدا از دیگری ﻣﻰآیند.

بر پایهﻯ مدلﻫﺎی اختر فیزیکی پیشین در مورد برخوردﻫﺎی ذرات فضایی، با افزایش سطح انرژی پرتو کیهانی، تعداد پوزیترونﻫﺎ نسبت به الکترونﻫﺎباید کاهش یابد. اما دادهﻫﺎی تازه که از AMS به دست آمدﮦاند، افزایش تعداد پوزیترونﻫﺎ را تا زمانی که سطح انرژی پرتو کیهانی تا ۲۷۵ گیگاالکترون ولت افزایش ﻣﻰیابد را نشان ﻣﻰدهند.در سطوح انرژی بالاتر از ۲۷۵ گیگا الکترون ولت، تعداد پوزیترونﻫﺎ یک روند کاهشی را آغازﻣﻰکند.

آقای تینگ گفت که آزمایشﻫﺎی انجام شده بر روی پرتو کیهانی برای اندازﮦگیری این قله (ی انرژی)، نیم قرن زمان برده است. او افزود که گام بعدی، فهم چگونگی کاهش سریع تعداد پوزیترونﻫﺎ در سطوح انرژی بالاتر از ۲۷۵ گیگا الکترون ولت خواهد بود.با این حال، روشن است که روند کاهش تعداد پوزیترونﻫﺎ نسبت به الکترونﻫﺎ، بسیار کُندتر است. یک توضیح برای این تفاوت این است که به تعداد پوزیترونﻫﺎ در نتیجهﻯ برخوردهای مادهﻯ تاریک، افزوده ﻣﻰشود.برای اثبات هستی مادهﻯ تاریک، فیزیکدانان به گیر اندازی مستقیم ذرات نیاز دارند؛که احتمالا شامل گیراندازی ذراتی که با ذرات سایر مواد عادی، برهمکنش دارند نیز خواهد بود.

آقای تینگ ﻣﻰگوید: ’’تفسیرهای بسیار، بسیار زیادی ممکن ﻣﻰباشد،‘‘ او گفت: ’’تاکنون، اندازﮦگیریﻫﺎ با یک سرچشمهﻯ یکنواخت مادﮦی تاریک، سازگار هستند اما این بدان معنا نیست که ما هستیﻯ مادهﻯتاریک را اثبات نمودﮦایم. ‘‘نتایج به دست آمده، در یک کنفرانس که در CERN برگزار شده است، ارائه شد و در مجلهﻯPhysical Review Lettersبه چاپ رسیده است.

منبع ترجمه: بیگ بنگ
مترجم: مرتضی فرزادنیا
منبع: Livescience
سایت علمی بیگ بنگ
لینک:
آشکار ساز ی نشانه هایی از ماده تاریک

[شیرین فرهمندپور]

آیا ستارگان فوق سریع اسرار ماده تاریک را بر ملا می کنند؟

بیگ بنگ: آیا می توان از روی ستارگان فوق سریع، اسرار ماده تاریک را فاش ساخت؟ دانشمندان بدین منظور سریع ترین و شگفت انگیزترین ستاره را که با سرعتی برابر ۱٫۶ میلیون کیلومتر در ساعت در حال دورشدن از مرکز کهکشان راه شیری است، را کشف کردند و نظریاتی در مورد ماده تاریک ارائه دادند.

به گزارش بیگ بنگ، محققان و کارشناسان ستاره شناسی امریکا با همکاری اخترفیزیکدانان چینی در پروژه ای علمی- تحقیقاتی مشترک تصویر ستاره ای متعلق به طبقه ستارگان فوق‌سریع (Hypervelocity Stars) را با تلسکوپ های پیشرفته شکار کرده اند. ژنگ ژنگ استادیار دانشگاه «یوتا» واقع در امریکا در مصاحبه با خبرنگاران اعلام کرد: کشف ستارگان متعلق به کهکشان راه شیری می تواند ما را در درک سیاه چاله ها و دیگر اجرام کیهانی که در هاله ای ابهام آمیز پنهان شده اند، کمک کند. ما نمی‌توانیم هاله ماده تاریک را ببینیم اما گرانش آن روی این ستاره عمل می‌کند و می‌توان از مسیر و سرعت ستاره که تحت تاثیر جاذبه بخش‌های مختلف کهکشان راه شیری است، دیدگاه‌هایی را در این خصوص بدست آوریم. دانشمندان معتقدند این کشف می تواند سرنخ‌هایی درباره ابر سیاهچاله مستقر در مرکز کهکشان راه شیری و همچنین هاله ماده تاریک مرموزی ارائه دهد که این کهکشان را احاطه کرده است و روی ستارگان تاثیر گذاشته است.

این کارشناس برجسته نجومی در خصوص ستاره هایی با سرعت بالاگفت: سرعت اسرارآمیز این ستارگان به قدری زیاد است که از نیروی جاذبه کهکشانی می گریزند. در دهه های گذشته ستاره شناسان ۲۰ گونه از چنین ستاره های عجیبی را کشف کرده اند. ستارگان فوق‌سریع جفت‌های باقی‌مانده ستارگان دو قطبی هستند که زمانی حول یکدیگر می‌چرخیدند و به ابر سیاهچاله موجود در مرکز کهکشان بیش از اندازه نزدیک می‌شدند. گرانش شدید از جانب سیاهچاله، که جرم آن چهار میلیون برابر خورشید است، یکی از این ستارگان را شکار می‌کند؛ بنابراین این ستاره حول سیاهچاله می‌چرخد و دیگری را به مسیری ورای کهکشان راه شیری پرتاب می‌کند. جزئیات بیشتر این دستاورد در مجله Astrophysical منتشر شده است.

منبع:

سایت علمی بیگ بنگ

لینک:

آیا ستارگان فوق سریع اسرار ماده تاریک را بر ملا می کنند؟

[شیرین فرهمندپور]

ماده تاریک همچنان در تاریکی!

بیگ بنگ: چهار سال رصد تلسکوپ فضایی Fermi Large Area حدود بهتری برای سطح مقطع نابودی ذرات WIMPs به دنبال داشته‌است؛ اما همچنان خبری از ماده‌ی تاریک نیست.

به گزارش انجمن فیزیک ایران، یکی از کاندیداها برای تشکیل ماده‌ی تاریک، ذرات سنگین با برهمکنش ضعیف (WIMPs) هستند؛ ذراتی فرضی که تنها از طریق نیروی هسته‌ای ضعیف و گرانش برهمکنش می‌کنند. بر طبق تئوری، آن‌ها ممکن است هنگام برخورد با یکدیگر نابود ‌شوند و پرتوهای گاما را به صورت مستقیم و یا به واسطه‌ی واپاشی ذرات WIMPs پدید آورند. پژوهشگرانی که با تلسکوپ فضایی Fermi Large Area به دنبال چنین سیگنال‌هایی در مکان‌هایی با ماده‌ی تاریک فراوان می‌گشتند، نتایج خود را پس از چهار سال مشاهده در Physical Review D منتشر کردند. آن‌ها هیچ پرتوی گامای غیرعادی را که نشانی قطعی از ماده‌ی تاریک باشد، آشکارسازی نکردند؛ اما توانستند قیدهای بهتری بر سطح مقطع نابودی این ذرات قرار دهند.پژوهشگران پرتوهای گاما‌ی نزدیک به کهکشان راه شیری را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. آن‌ها ۲۵ کهکشان ماهواره‌ای کوتوله را رصد کردند که به دلیل نحوه‌ی حرکت ستارگان در میدان گرانشی، به دارا بودن مقادیر فراوان ماده‌ی تاریک شناخته شده هستند. فراوانی ماده‌ی تاریک چنین کهکشان‌هایی به همراه نزدیکی آن‌ها و عدم حضور مقادیر زیاد پرتوهای گامای زمینه، آن‌ها را تبدیل به یکی از امیدبخش‌ترین اهداف آشکارسازی نمود. کهکشان‌های ماهواره‌ای، آن‌هایی هستند که به دور کهکشان‌های بزرگتر در حال گردش می‌باشند. از سال ۲۰۰۸ این تلسکوپ داده‌های پرتوهای گاما را در گستره‌ی انرژی‌های مگا الکترون ولت تا چندین گیگا الکترون ولت جمع‌آوری کرده است. این گروه به دنبال سیگنال‌های احتمالی، تعداد زیادی از کانال‌های نابودی مدل استاندارد نظیر الکترون-پوزیترون، میون-آنتی‌میون و غیره را در نظر گرفتند که در هر کدام سهم پرتوهای گاما با طیف انرژی مشخصه انتظار می‌رفت.پژوهشگران اثری از ماده‌ی تاریک نیافتند اما توانستند بیشینه‌ی سطح مقطع را برای نابودی ذرات WIMPs محاسبه کنند و حدود جدیدی برای برخی از مدل‌های ماده‌ی تاریک استخراج کنند.منبع: physicsترجمه : مونا عجمی

منبع:
سایت علمی بیگ بنگ
لینک:
ماده تاریک همچنان در تاریکی!