ستاره‌شناسان یک کهکشان عجیب و غریب بدون ماده تاریک کشف کردند!!
مشاهدات جدید و با وضوح بالا از یک کهکشان کم نور و کرکی ) خز مانند، مارپیچ‌های فازی توسط ابرهای گاز تکه‌ای پوشیده شده‌اند که جلوه‌ای شبیه خز را ایجاد می‌کنند) که نشان می‌دهد ماده تاریک آنطور که دانشمندان فکر می‌کردند در همه جا وجود ندارد.
ستاره‌شناسان نقشه ستاره‌ها (در اینجا با رنگ آبی نشان داده شده است) و گاز (سبز) کهکشان عجیب و غریب معروف به AGC 114905 را شناسایی کرده‌اند. عکس: خاویر رومان و پاول مانسرا پینا
سه سال پیش، فیلیپو فراترنالی و همکارانش نیم دوجین کهکشان مرموز پراکنده را دیدند که شبیه شهرهای پراکنده ستارگان و گاز بودند. اما برخلاف تقریباً هر کهکشان دیگری که تا به حال دیده شده است – از جمله راه شیری خودمان – به نظر نمی‌رسد که آنها در توده‌های عظیمی از ماده تاریک قرار داشته باشند که به طور معمول آن کلان شهرهای ستاره‌ای را با گرانش خود نگه می‌دارند(همانند چسب). دانشمندان یکی را انتخاب کردند، کهکشانی با اندازه متوسط در فاصله 250000000سال نوری از ما، و 27 آنتن تلسکوپ رادیویی آرایه‌ای بسیار بزرگ در نیومکزیکو را به سمت آن نشانه گرفتند.
ستاره‌شناس در موسسه نجوم کاپتین در دانشگاه گرونینگن در هلند گفت: پس از جمع‌آوری داده‌های 40 ساعته، آنها ستاره‌ها و گازها را ترسیم کردند و آنچه را که عکس‌های فوری قبلی به آن اشاره کرده بودند تأیید کردند: «محتوای ماده تاریکی که ما در این کهکشان استنباط می‌کنیم بسیار بسیار کوچکتر از آن چیزی است که شما انتظار دارید.» فراترنالی افزود اگر تیم یا رقبای آنها کهکشانهای دیگری از این دست را بیابند، می‌تواند برای دیدگاه دانشمندان درباره ماده تاریک، چشم‌انداز غالب در این زمینه برای حداقل 20 سال، چالشی ایجاد کند. فراترنالی و تیمش یافته‌های خود را در ماه دسامبر در اعلامیه‌های ماهانه انجمن سلطنتی نجوم منتشر کردند.
براساس دهه‌ها مشاهدات تلسکوپ و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، دانشمندان به ماده تاریک به عنوان اسکلت پنهان کیهان فکر کرده‌اند. “مفاصل” آن توده‌های عظیمی از ذرات نامرئی هستند که میزبان کهکشانهای بزرگ و کوچک هستند. اما فراترنالی اولین کسی نیست که به استثنای این قاعده یعنی نبودن ماده تاریک نگاه می‌کند. چند سال پیش، پیتر ون دوکوم، ستاره‌شناس دانشگاه ییل، و همکارانش کهکشانهای مشابهی را با تلسکوپ هابل کشف کردند که به نظر می‌رسید فاقد ماده تاریک هستند. ون داکوم می‌گوید: « کهکشان‌هایی که در سال 2018 پیدا کردیم، بحث‌ها و مناظره‌ها و پیگیری‌های زیادی را ایجاد کردند، زیرا غیرمنتظره بودند و توضیح آنها دشوار بود.
کهکشانهای دیگر در محیطی شلوغ زندگی می‌کردند، جایی که کهکشانهای بزرگتر و همسایه اغلب در آن قرار داشتند و احتمالاً ماده تاریک را با خود می‌کشیدند. در مقابل، کهکشان فراترنالی کاملاً منزوی است و چنین همسایه‌های آزاردهنده‌ای ندارد، بنابراین کمبود ماده تاریک آن را نمی‌توان به این شکل توضیح داد. ون داکوم می‌گوید: «این امر می‌تواند بسیار مهم باشد. “چگونه ستاره‌ها و گازها را در آن مکان بدون کمک ماده تاریک جمع‌آوری می‌کنید؟”( مترجم: چگونه می‌توان جمع شدن توده‌های عظیمی از گاز و ستاره‌ها بدور هم بدون چسبی قوی یعنی ماده تاریک را توجیه کرد).
این اجرام عجیب «کهکشانهای فوق پراکنده» (ultra-diffuse galaxies) نامیده شده‌اند. از نظر جرم آنها کوچک (منفی) هستند، اما از نظر گستردگی در فواصل بسیار زیادی پخش شده‌اند. برخی از آنها به بزرگی کهکشان راه شیری هستند، اما تنها یک صدم آن یا حتی کمتر ستاره دارند (نسبت به دیگر کهکشانها به نسبت یک به صد ستاره دارند). به قدری به شفاف بودن نزدیک هستند که بررسیی آنها در آسمان شب دشوار است. “آنها در مرکز کمی کم‌نورتر هستند، بنابراین تشخیص آنها دشوار است. (درخشندگی کم آنها به دلیل فقدان گاز ستاره‌ساز است که در نتیجه این کهکشانها مخازن جمعیتهای ستاره‌ای بسیار قدیمی هستند). میریا مونتس، ستاره‌شناس موسسه علمی تلسکوپ فضایی در بالتیمور و کارشناس چنین انواعی از کهکشانها می‌گوید: اکنون با تلسکوپهای بهتر و رصدهای زیادتر بیشتر شناخته شده‌اند.
از دهه 1960، ستاره‌شناس آمریکایی ورا روبین و دیگران برای اولین بار وجود ماده غیر قابل دید یا “تاریک” را در حین اندازه‌گیری سرعت چرخش ستارگان در کهکشانها به دور مرکز آن آشکار کردند و نشان دادند که ستارگان درونی با سرعت‌های متفاوتی نسبت به ستاره‌های بیرونی به دور خود می‌چرخند. براساس چرخش آن ستارگان، دانشمندان محاسبه کردند که کهکشان چه مقدار جرم باید داشته باشد تا به جای پرتاب شدن به فضا، آنها را دائماً در مدار نگه دارد. برای بسیاری از کهکشانها، این جرم چندین برابر بزرگتر از جرم کل ستارگان بود. دانشمندان این مشکل را با استنباط وجود نوعی ماده تاریک حل کردند که نور ساطع یا منعکس نمی‌کند و باید بقیه جرمی را تشکیل دهد که کهکشان را در کنار هم نگه می‌دارد.
اما اندازه‌گیری‌های فراترنالی و تیمش نشان می‌دهد که برای کهکشان بسیار پراکنده آنها، نیازی به فراخوانی ماده تاریک نیست. سرعت چرخشی که آنها اندازه‌گیری می‌کنند کاملاً با جرم ستاره‌ها و ابرهای گازی که مشاهده کرده‌اند مطابقت دارد، بدون نیاز به جرم اضافی که قابل مشاهده نیست(ماده تاریک). مونتس و گروه تحقیقاتی او قصد دارند این کهکشانها، از جمله کهکشانهای حومه آنها، را با جزئیات بیشتر در صورت وجود ماده گمشده‌ای مطالعه کنند که فراترنالی ردیابی نکرده باشد. اما حداقل در حال حاضر، این کهکشان شبح مانند یک معما می‌باشد.
فراترنالی اشاره می‌کند که کهکشان آنها که به نام AGC 114905 شناخته می‌شود، دارای یک فاکتور مجهول بزرگ است: کج بودن. برخی کهکشانها شبیه بشقاب پرنده هستند و اگر تلسکوپهای روی زمین بتوانند آنها از لبه ببینند، رصد آنها را برای ستاره‌شناسان آسان می‌کند. آنها می‌توانند ستاره‌های در حال گردش را در یک طرف دیسک کهکشانی که به سمت ما حرکت می‌کنند و ستاره‌هایی که در سمت دیگر دور از ما می‌چرخند در دیسک همان کهکشان مشاهده کنند. اگر آنها بتوانند سرعت آن ستارگان را اندازه گیری کنند، می‌توانند جرم کهکشان را تخمین بزنند – و بفهمند که آیا مقداری از کل جرم باید از ماده تاریک تشکیل شده باشد یا خیر(آیا مقداری از آن شامل ماده تاریک می‌شود یا نه). اما فراترنالی محاسبه می‌کند که کهکشان AGC 114905 کمی بیشتر از 30 درجه شیب دارد، بنابراین ستاره‌شناسان باید اندازه‌گیری‌های جرم خود را اصلاح کنند تا آن شیب را محاسبه کنند(مقدار افزوده جرم که با شیب کهکشان رابطه دارد). اگر آنها در مورد آن درجه شیب اشتباه می‌کنند، اندازه‌گیری‌های آنها در واقع می‌تواند فضای زیادی را برای ماده تاریک باقی بگذارد.(یعنی کهکشانی با ماده تاریک) ما با فرض اینکه حق با تیم باشد، هنوز دقیقاً مشخص نیست کهکشان آنها چه نوع کهکشان اسثنایی است. آیا این یک جسم کیهانی واقعاً عجیب است که هیچ کسی ماهیت آن را درک نمی‌کند؟ یا پیام‌آور مشکلات بزرگ‌تری برای نظریه‌های ماده تاریک است؟
تا کنون، با هیچ یک از توضیحات ارائه شده برای منشأ کهکشانهای فوق پراکنده (ultera diffius galaxy) مطابقت ندارد. برخی از ستاره‌شناسان حدس می‌زنند که چنین کهکشانی با ماده تاریک کم می‌تواند بقایای یک جفت کهکشان بزرگتر باشد که با کشش گرانشی خود در طی یک پرواز نزدیک یکدیگر را می‌کشند و حباب پف کرده‌ای از ستاره‌ها و گاز را در پی خود باقی می‌گذارند. ون داکوم می‌گوید، اما هیچ کهکشانی غول‌پیکر در مجاورت این رویداد وجود ندارد، بنابراین این نظریه توضیحی برای آن نیست.
نظریه دیگر این است که می‌تواند بقایای انفجارهای ستاره‌ای گذشته باشد. همه ستارگان در نهایت می‌میرند و برخی با صدای بلند منفجر می‌شوند (بقایای مواد خود را به بیرون می‌رانند) و تبدیل به ابرنواختر می‌شوند. با گذشت زمان، ابرنواخترها ممکن است بخش‌هایی از مواد کهکشان را پخش کنند و ماده، از جمله ابرهای گازی را بیرون برانند. اما این امر در مورد کهکشان AGC 114905 صدق نمی‌کند، فراترنالی می‌گوید، زیرا هنوز با مقدار زیادی گاز پر است که به عنوان ماده ساختمانی و سوخت برای ستاره‌های جدید و نوظهور عمل می‌کند و اگر کهکشان چندین سال پیش متمرکزتر بود، می‌توان انتظار داشت که خوشه‌های فشرده ستارگانی که امروزه باقی مانده‌اند، نشان‌دهنده‌ی گذشته‌ای متراکم‌تر باشند. ون داکوم می‌گوید، اما کهکشان فاقد خوشه‌های زیادی از این دست است.
در واقع، به نظر نمی‌رسد کهکشان AGC 114905 با هیچ مدلی که ماده تاریک را شامل می‌شود، مناسب و (همخوان) باشد. برای دهه‌ها، دانشمندانی مانند لورا سیلز، اخترفیزیکدان در UC Riverside، کیهان را بر روی رایانه‌های قدرتمند شبیه‌‌سازی کرده‌اند و تلاش می‌کنند نشان دهند که چگونه مدلهای ماده تاریک می‌توانند تعداد بی‌شمار کهکشان‌هایی را بازتولید کنند که ستاره‌شناسان با تلسکوپهای خود می‌بینند. او می‌گوید: ما به سرعت شبیه‌سازی‌های خود را بررسی کردیم و چیزی شبیه به این کهکشان نداریم.
در عوض، کهکشان فراترنالی و سایرین مانند آن می‌توانند به نیاز به جایگزین‌هایی برای ماده تاریک اشاره کنند. وقتی دانشمندان وجود ماده پنهان در کمین (موجود در کهکشان که جرم زیاد را توجیه کند) را استنباط می‌کنند، در مورد نحوه عملکرد گرانش مفروضاتی خواهند داشت. اما چه می‌شود اگر گرانش کمی متفاوت از آنچه آنها فکر می‌کردند عمل کند؟
در کار خود، فراترنالی و همکارانش یک رقیب پیشرو در میان جایگزین‌های ماده تاریک به نام MOND (Modified Newtonian Dynamics) را برای دینامیک نیوتنی اصلاح شده آزمایش کردند که شامل تغییر قانون گرانش آیزاک نیوتن است که اولین بار توسط موردهیی میلگروم، فیزیکدان اسرائیلی در دهه 1980 پیشنهاد شد، MOND این فرضیه را مطرح کرد که فیزیک گرانشی استاندارد که به طور دقیق حرکات اجرام با شتاب گرانشی بالا را توضیح می‌دهد، مانند سیارات منظومه شمسی، ممکن است همان روشی را برای ستاره‌هایی اعمال نکند که به آرامی به دور ستارگان در حال چرخش در لبه ی دیسک کهکشان هستند. بنابراین، اگر قانون گرانشی MOND درست باشد، اختلاف بین سرعت‌های مورد انتظار ستارگان در کهکشانها و سرعت حرکت آنها ممکن است نشان‌دهنده جرم از دست رفته نباشد، بلکه یک خطای ریاضی است. اما در حالی که مدل MOND با کهکشانهای معمولی‌تر خوب عمل می‌کند، اما نمی‌تواند چرخش کهکشان کرکی تیم فراترنالی را توضیح دهد. عملکرد آن به همان اندازه ضعیف بود که مدلهای ماده تاریک دارند.
سیلز می‌گوید هنوز خیلی زود است که بگوییم آیا کهکشان AGC 114905 مشکلی در نظریه‌های ماده تاریک دارد یا خیر. در حال حاضر، فراترنالی و دیگران به بررسی این کهکشانهای مرموز و قبلاً نادیده گرفته شده می‌پردازند، از جمله با تلسکوپ فضایی جیمز وب که به تازگی پرتاب شده است (به امید حل این معما) این مسیر را ادامه خواهند داد. اینطور نیست که ما در حال کاوش در لبه کیهان یا تلاش برای دیدن یک سیاره کوچک در کنار یک ستاره باشیم. این کار در واقع با ابزارهایی که ما در اختیار داریم قابل انجام است، “ون داکوم می‌گوید: برای من، این موضوع آن را هیجان‌انگیز می‌کند.»
توضیح: شیب کهکشان زاویه بین خط دید ناظر و بردار عادی قرص کهکشان است.
اندازه‌گیری تمایل کهکشانها با دقت بالا مهم است. اگر یک کهکشان رو به رو باشد، میل آن 0 است و همه کهکشانهای لبه‌دار میل 90 درجه دارند.
کهکشانهای بسیار پراکنده (UDGs) در مقایسه با کهکشانهای معمولی با اندازه‌های مشابه، درخشندگی بسیار کم، ستاره‌های نسبتاً کمی دارند و فعالیت ستاره‌زایی کمی دارند. معمولاً در خوشه‌های کهکشانی یافت می‌شوند، UDGها در طیف وسیعی از اندازه‌ها و شکل‌ها هستند، بسیاری از آنها مانند کهکشانهای بیضوی کوتوله گرد و صاف هستند، برخی دیگر به دلیل تجربه اختلالات جزر و مدی، شکل‌های انحرافی را نشان می‌دهند. جرم برخی از آنها به صد بیلیون برابر خورشید می‌رسد. این کهکشانها علاوه بر اینکه به خودی خود جالب هستند، برای ستاره‌شناسان مهم هستند، زیرا ساختارهای پراکنده آنها در مدل‌هایی که سعی می‌کنند اطلاعات مربوط به هاله‌های ماده تاریک را بازیابی کنند، ارزشمند هستند. در واقع تصور می‌شود که بیشتر جرم آنها به شکل ماده تاریک باشد.
یک کهکشان فوق‌العاده پراکنده (UDG) یک کهکشان بسیار کم نور است که اولین نمونه‌ای از آن در خوشه‌های نزدیک Virgo توسط الان ساندیگ و برونو بینگگلی در سال 1984 کشف شد. در سال 2015 فهمیدند که فقدان درخشندگی آنها به دلیل فقدان گاز ستاره‌ساز است که در نتیجه این کهکشانها مخزن جمعیتهای ستاره‌ای بسیار قدیمی هستند.
برخی از UDGها تقریباً به طور کامل از ماده تاریک تشکیل شده‌اند (چنین کهکشانی ممکن است اندازه و جرمی مشابه کهکشان راه شیری داشته باشد، اما تعداد ستاره‌های قابل مشاهده تنها 1 %باشد. این در حالی است که سایر UDGها تقریباً کاملاً عاری از ماده تاریک هستند.)
مترجم: مرتضی نادری‌فرد
منبع:
Astronomers Discover a Strange Galaxy Without Dark Matter
JAN 7, 2022 7:00 AM
https://www.wired.com/story/astronomers-discover-a-strange-galaxy-without-dark-matter/