توده‌ای مرموز از تاریکی در اعماق یک کهکشان دوردست کشف شد
در یک دستاورد شگفت‌انگیز اکتشاف گرانشی، اخترشناسان موفق به شناسایی توده‌ای مرموز و متراکم از ماده نامرئی شده‌اند که در داخل یک کهکشان پنهان شده است. نوری که از آن کهکشان به ما رسیده است ۷.۳ میلیارد سال سفر کرده است.
به گزارش افق میهن و به نقل از sciencealert; هنوز دقیقاً مشخص نیست که این جرم چقدر است، اما با توجه به فاصله زیادی که در آن مشاهده شده است، جرم آن بسیار کوچک است – حدود یک میلیون برابر جرم خورشید. این کوچکترین جسمی است که تاکنون در چنین فاصله کیهانی، تنها بر اساس تأثیر گرانشی آن، شناسایی شده است. دستاوردی که حداقل صد برابر قدرت کشفیات قبلی است.
تیمی به رهبری دوون پاول اخترفیزیکدان از موسسه ماکس پلانک برای اخترفیزیک در آلمان توضیح می دهد:
“این کم جرم ترین جرمی است که تا به حال در فاصله کیهانی تنها بر اساس اثر گرانشی آن کشف شده است.” این تحقیق نشان می دهد که با استفاده از روش های تصویربرداری گرانشی، می توان محدوده اجرام یک میلیون جرم خورشید را فراتر از جهان محلی ما بررسی کرد.
ماده تاریک و نقش آن
بر اساس مشاهدات ما از کیهان، چیزی در فضا وجود دارد که هیچ نوری از خود ساطع نمی کند و تنها از طریق گرانش با جهان اطراف تعامل دارد.
این پدیده «ماده تاریک» نامیده می شود و نظریه های مختلفی در مورد ماهیت آن وجود دارد. ساختار، یا «بافت» این ماده – چه صاف و یکنواخت باشد و چه توده ای و تکه تکه – می تواند به دانشمندان کمک کند تا سرنخ هایی از ماهیت آن به دست آورند. با این حال، چون ماده تاریک نور ساطع نمی کند، توزیع آن بسیار دشوار است.
اینجاست که گرانش وارد عمل می شود. هر چیزی در جهان با جرم، فضا-زمان را به دور خود خم می کند – هر چه جرم بیشتر باشد، انحنای بیشتری دارد. تصور کنید که یک توپ بولینگ را روی سطح کشسان یک ترامپولین قرار دهید. اگر یک سنگ مرمر را روی همان سطح بغلتانید، یک مسیر منحنی را در اطراف توپ طی می کند.
حال تصور کنید که توپ بولینگ یک کهکشان و مرمر یک فوتون نور است. هنگامی که یک دسته فوتون از یک کهکشان دور از فضا-زمان منحنی یک کهکشان نزدیک تر عبور می کند، نوری که به ما می رسد کشیده، اعوجاج و بزرگ می شود. این پدیده “عدسی گرانشی” نامیده می شود.
لنزهای گرانشی ابزاری منحصر به فرد برای مطالعه اعماق کیهان هستند زیرا فضاهای دور را به گونه ای بزرگ می کنند که هیچ فناوری دیگری نمی تواند. علاوه بر این، ستاره شناسان می توانند از این نور کشیده و تغییر شکل یافته برای ترسیم توزیع ماده در کهکشان پیش زمینه استفاده کنند.
ردیابی جرم تاریک با لنز گرانشی
برای این منظور پاول و همکارانش از شبکه گسترده ای از تلسکوپ ها از جمله تلسکوپ گرین بانک، آرایه بسیار بلند (VLBA) و شبکه تداخل سنج بسیار بلند اروپایی (EVN) استفاده کردند.
هدف آنها بررسی یک سیستم لنز گرانشی شناخته شده به نام JVAS B1938+666 بود.
این منظومه از دو کهکشان تشکیل شده است: کهکشان جلویی با فاصله نوری ۷.۳ میلیارد سال و کهکشان پشتی که نور آن پس از حدود ۱۰.۵ میلیارد سال به ما رسیده و توسط کهکشان جلویی کشیده و به چهار تکه شده است.
در یکی از تصاویر به دست آمده از این عدسی گرانشی، یکی از کمان های درخشان و کشیده نور دیده می شود که در بخشی از آن فرورفتگی یا «چروک» کوچکی وجود دارد. محققان دریافتند که این فرورفتگی نمی تواند به تنهایی توسط کهکشان عدسی ایجاد شده باشد. آنها با دقتی برابر با ۲۶ سیگما (یعنی اطمینان بسیار بالا) نتیجه گرفتند که علت باید توده ای از جرم باشد.
جان مک کین، ستاره شناس دانشگاه گرونینگن در هلند، می گوید:
در اولین تصویر با وضوح بالا، ما بلافاصله متوجه باریکی خاصی در قوس گرانشی شدیم؛ نشانه‌ای واضح از اینکه چیزی متفاوت در حال وقوع است. «فقط جرم کوچک دیگری بین ما و کهکشان رادیویی دوردست می‌تواند چنین اثری ایجاد کند.»
ماهیت ناشناخته توده
این جرم نوری از خود ساطع نمی کند – نه در طول موج های مرئی، رادیویی یا مادون قرمز. بنابراین یا کاملاً تاریک است یا آنقدر کم نور است که از دید ما پنهان است.
این ویژگی چندین احتمال را ایجاد می کند: یا جسم توده ای از ماده تاریک است یا یک کهکشان کوتوله که نور بسیار کمی از خود ساطع می کند.
هر دو احتمال در حال حاضر امکان پذیر است و تحقیقات بیشتری برای شناسایی دقیق ماهیت آن مورد نیاز است.
پولس می گوید:
با توجه به حساسیت داده‌ها، ما انتظار داشتیم حداقل یک ماده تاریک را پیدا کنیم، بنابراین کشف ما با نظریه به اصطلاح «ماده تاریک سرد» مطابقت دارد؛ نظریه‌ای که بیشتر درک فعلی ما از شکل‌گیری کهکشان‌ها بر آن استوار است.
اکنون که ما یکی را پیدا کرده‌ایم، سوال این است که آیا می‌توانیم موارد بیشتری را پیدا کنیم، و اگر چنین است، آیا این تعداد با مدل‌های نظری سازگار است یا خیر.
نتیجه گیری
جزئیات این کشف در دو مقاله تکمیلی در Nature Astronomy و Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شده است.
این یافته نه تنها کوچکترین جرم شناخته شده در مقیاس کیهانی است که با اثر گرانشی آن کشف شده است، بلکه گامی بزرگ در جهت درک ماهیت ماده تاریک و ساختار پنهان جهان است.
