ماده تاریک
در سال 1313/1934 فریتس تسویکی منجم آمریکایی سویسی تبار با تحلیل داده‌های رصدی مربوط به مجموعه‌های کهکشانی به این نتیجه رسید که ماده موجود در این مجموعه‌ها حدود 10 برابر ماده مریی آنهاست. به عبارت دیگر ما فقط 10 درصد از ماده این مجموعه ها را می‌بینیم و بقیه ماده آنها را نمی‌توانیم شکار کنیم. تحلیل تسویکی بر پایه اندازه‌گیری سرعت کهکشان‌های منفرد مجموعه بود: اگر ماده نامرئی وجود نمی‌داشت، تاکنون اکثر این مجموعه‌های کهکشانی از هم می‌پاشیدند. این نخستین چالش میان اندازه‌گیری جرم از طریق شمارش کهکشان‌ها و نیز از طریق دینامیک، یعنی حرکت اجرام منفرد در خوشه بود
در آغاز این ماده را ماده گمشده نامیدند. اما اصطلاح درستی نبود. چیزی گم نشده بود بلکه وجود داشت ولی ما نمی‌توانستیم ببینیم از آن رو، از دهه شصت / هشتاد به مرور اصطلاح ماده ناریک متداول شد. منجمان و کیهان‌شناسان در برابر پرسش‌هایی مهم و اساسی قرار گرفتند: ماده تاریک چیست؟ در کجاها وجود دارد؟ چگونه توزیع شده است؟ آیا فقط در مجموعه‌های کهکشانی است یا درون هر کهکشانی هم وجود دارد؟ توجه کنید منظور از ماده تاریک ماده‌ای است که جرم آن را از حرکت یا دینامیک استنباط می‌کنیم اما نمی‌توانیم اندازه بگیریم.
منجمان در دهه 1350 شمسی با بررسی حرکت ستاره‌ها به دور مرکز کهکشان به این نتیجه رسیدند که بخش مرئی کهکشان ما را هم مقادیر بسیاری از ماده تاریک پر کرده است چون که ستاره‌های دوردست کهکشان، که می‌باید با سرعت بسیار کمتری به دور مرکز کهکشان بگردند، با سرعتی در حدود 250 کیلومتر در ثانیه در گردش‌اند! چه نیرویی جز ماده تاریک می‌تواند آنها را این چنین به گردش درآورد؟ محمتمل‌ترین محل وجود ماده تاریک در کهکشان، هاله‌ای است که کهکشان را در برگرفته است. ولی آیا ماده تاریک کهکشان‌ها از همان جنس ماده تاریک کل عالم است؟
این ماده تاریک از چه نوع است و کجا پنهان است؟ طبیعی است که بخشی از آن را غبار، گاز، یا ستاره‌های کوتوله یا سیاره‌ها تشکیل دهند، که همگی از نوع معمول ماده هستند، که آن را ماده باریونی می‌نامیم. اما ممکن نیست همه ماده تاریک به صورت غبار باشد، چون مقادیر عظیم غبار، نور کهکشان‌های دوردست را تیره و تار می‌کند و همچنین این که عمده ماده تاریک به شکل سیاهچاله یا ستاره نوترونی نیست چرا که در این صورت ریزش گاز و غبار به این گردا‌بهای گرانشی آنق در پرتو ایکس تولید می‌کرد که مسلما بخش عمده آن آشکار می‌شد باید به دنبال نامزدهای دیگر بود.
در فهرست این نامزدها به اسامی کوتوله‌های قهوه‌ای، کوتوله‌های سیاه، سیاره‌های مشتری‌گون و سرانجام ذرات غریب برمی‌خوریم.
در دهه 1370 /1990 دو گروه از اخترشناسان به دنبال کشف کوتوله‌های درون کهکشان خودمان رفتند تا شاید راز ماده تاریک را کشف کنند. این کوتوله‌ها را اجرام پرجرم فشرده در هاله یا به اختصار ماچو نامیدند.
می‌دانیم که میدان گرانشی هر جرم فشرده، نوری را که از چشمه‌‌ای در پشت آن می‌آید منحرف می‌کند، همان‌گونه که عدسی اپتیکی رفتار می‌کند. این اثر را هم‌گرایی گرانشی می‌نامند و جسمی را که باعث هم‌گرایی می‌شود عدسی گرانشی. یک مجموعه کهکشانی ممکن است مثلا برای نور اختروشی که از فواصل کیهانی دور می‌آید همچون عدسی عمل کند. هر یک از این کهکشان‌های این مجموعه هم ممکن است نقش عدسی را داشته باشند که در این صورت از ریزهمگرایی صحبت می‌شود. گاهی این نقش را ستاره‌های یک کهکشان دارند. مثلا تصور کنید ستاره‌ای از ابر بزرگ ماژلانی رصد می‌کنیم. نور این ستاره برای رسیدن به ما از میان هاله کهکشان خودمان می‌گذرد اگر تصادفا ستاره کوتوله‌ای بی‌نور (ماچو) در هاله کهکشان سر راه این نور قرار بگیرد باعث هم‌گرایی نور این ستاره می‌شود. این پدیده را ریزهمگرایی گرانشی می‌نامند. محاسبات نشان داده است که به خاطر این ریزهمگرایی، نور ستاره شدت می‌یابد. پس در این صورت باید تغییر نور ستاره را مشاهده کرد، بدون اینکه خود ماچو دیده بشود.
تخمین‌ها نشان می‌دهد که در هر زمان از میان دو میلیون ستاره فقط یک ریزهمگرایی وجود دارد. به همین علت دانشمندان باید میلیون ستاره را نورسنجی کنند. نتیجه این رصدها نشان داد که ماچوها نقشی در ماده تاریک ندارند و حداکثر 5 درصد از آن را تشکیل می‌دهند. پس به نظر می‌رسد که ماده تاریک نمی‌تواند از نوع باریونی، یعنی اتم‌های معمولی و پروتون و نوترون باشد.نظریه‌های مربوط به آفرینش عناصر شیمیایی در عالم، نظریه‌های ذره‌زایی و هسته‌زایی، می‌گویند که به هنگام مهبانگ فقط حدود 4 درصد از چگالی بی‌بعد شده عالم را می‌توان به حساب باریون ها گذاشت.
پس باقیمانده این ماده غریب چیست؟ ذره‌شناسان و کیهان شناسان ذره‌های غریبی را پیشنهاد کرده‌اند و آنها را دو دسته می‌کنند: ذرات با سرعت زیاد که ماده تاریک گرم را تشکیل می‌دهند و ذرات با سرعت کم که تشکیل دهنده ماده تاریک سرد هستند. نامزد اصلی ماده تاریک گرم نوترینو است: ذره‌ای بنیادی که جرم سکون آن احتمالا غیرصفر و حدودا برابر چند الکترون ولت است. اما در همان دهه 1360/1980 کیهان‌شناسان نشان دادند که اگر ماده تاریک از جنس گرم باشد ساختارهایی که در کیهان می‌بینیم نمی‌توانستند تشکیل بشوند. به علت این تناقض با تشکیل ساختار، ماده تاریک گرم کنار گذاشته شد. اما ماده تاریک سرد چه می‌تواند باشد؟
ماده تاریک سرد بیشتر غریب و ناآشناست، از جمله ذراتی مانند آکسیون، نوترالینو و ویمپ (مخفف کلمه پرجرم با برهم‌کنش ضعیف). هیچ یک از این ذرات فرضی تاکنون آشکارسازی نشده‌اند. هر فرضی درباره ماده تاریک، علاوه بر این که باید با نظریه‌های فیزیک سازگار باشد ، روی ایجاد ساختارهایی مانند کهکشان‌ها و خوشه‌ها تاثیر می‌گذارد، پس باید با رصد هم سازگار باشد.
تا سال 1378/1999 تصور می‌شد که به جز چهاردرصد ماده روشن، 96 درصد عالم باید تاریک باشد. اکنون می‌دانیم که فقط 26 درصد ماده تاریک و بقیه اگرچه تاریک است اما ویژگی عجیبی دارد که دیگر نمی‌توان آن را ماده تاریک نامید و به همین علت آن را انرژی تاریک می‌نامند. در چند دهه اخیر چندان به گشایش این راز کمکی نشده است. جز این که می‌دانیم ماده تاریک گرم نیست، از جنس نوترینو نیست، و این که فقط 26 درصد ماده عالم را تشکیل می‌دهد. پس ماده تاریک چیست؟ تا زمانی که این معما حل نشده است شاید هنوز بتوان حدس‌های دیگری برای رفع مشکل مطرح کرد. حدسی موفق است که در نهایت راز را بتواند بگشاید.
منبع:
کتاب از زروان تا مهبانگ آقای رضا منصوری