دانشمندان کشف کردند که چگونه کهکشانها میتوانند بدون ماده تاریک وجود داشته باشند
توزیع ماده تاریک در یک گروه کهکشانی شبیهسازی شده، با مناطق روشنتر که غلظتهای بالاتری از ماده تاریک را نشان می‌دهد. دایره‌ها تصاویر نزدیک از نور ستاره‌ای مرتبط با دو کهکشان فاقد ماده تاریک را نشان می‌دهند. اگر این کهکشانها ماده تاریک داشتند، در تصویر اصلی به صورت مناطق روشن ظاهر می‌شدند. مورنو و همکاران
در یک مطالعه جدید، یک تیم بین‌المللی به رهبری اخترفیزیکدانان دانشگاه کالیفرنیا، ایروین و کالج پومونا گزارش می‌دهند که چگونه وقتی کهکشانهای کوچک با کهکشانهای بزرگتر برخورد می‌کنند، کهکشانهای بزرگتر میتوانند کهکشانهای کوچکتر را از ماده تاریک خود جدا کنند. ماده‌ای که ما نمی‌توانیم مستقیما ببینیم اما اخترفیزیکدانان فکر می‌کنند که باید وجود داشته باشد، زیرا، بدون تأثیرات گرانشی آن(مترجم: بین کهکشانهای بزرگ و کوچک)، آنها نمی‌توانند چیزهایی مانند حرکت ستارگان یک کهکشان را توضیح دهند.
این مکانیسمی است (مترجم: برخورد کهکشانهای بزرگ و کوچک و از دست دادن ماده تاریک و گرانش بین دو کهکشان) که این پتانسیل را دارد که توضیح دهد چگونه کهکشانها میتوانند بدون ماده تاریک وجود داشته باشند – چیزی که زمانی غیرممکن تصور می‌شد.
(این موضوع) در سال 2018 زمانی شروع شد که اخترفیزیکدانان شانی دانیلی و پیتر ون داکوم از دانشگاه پرینستون و دانشگاه ییل دو کهکشان را مشاهده کردند که به نظر می‌رسید این کهکشانها بدون بیشتر ماده تاریکشان میتوانند وجود داشته باشند.
دانیلی که یکی از نویسندگان جدیدترین مطالعه است، گفت: ما در انتظار کسرها یا بخش‌های بزرگ ماده تاریک بودیم (مترجم: انتظار دیدن بخشهایی بزرگ یا توده‌های عظیمی از ماده تاریک را داشتیم).
این یافته ون داکوم و دانیلی، کهکشانها را که به مدل ماده تاریک نیاز دارند (مترجم: برای توجیه جرم و ماندن ستارگان در سیستم) زیر سوال برد و به طور بالقوه آنچه را تغییر می‌دهد که اخترفیزیکدانان به عنوان یک مدل استاندارد برای نحوه عملکرد کهکشانها می‌دیدند.
خورخه مورنو، استاد نجوم در کالج پومونا که نویسنده اصلی مقاله جدید است، گفت: در 40 سال گذشته ثابت شده است که کهکشانها ماده تاریک دارند. به ویژه، کهکشانهای کم جرم تمایل دارند ماده تاریک زیاد و قابل توجهی داشته باشند. کسری از ماده تاریک که یافته دانیلی را بسیار شگفت‌انگیز می‌کند. این بدان معنا است برای بسیاری از ما که درک کنونی ما از چگونگی کمک ماده تاریک (مترجم: ماده تاریک که شبیه یک چسب عمل می‌کند و تمام ساختار کهکشان را نگه می‌دارد وگرنه ستارگان بر اثر چرخش به بیرون پرتاب می‌شدند) به رشد و گسترش کهکشانها نیاز به یک بازنگری فوری دارد.
این تیم مدل‌های رایانه‌ای را اجرا کردند که تکامل تکه‌ای از کیهان را شبیهسازی می‌کردند – یک قطعه به وسعت حدود 60 میلیون سال نوری – که بلافاصله پس از انفجار بزرگ شروع شد و تا زمان حال ادامه داشت.
این تیم هفت کهکشان عاری از ماده تاریک را پیدا کرد. پس از چندین برخورد با کهکشانهای همسایه که هزار برابر بیشتر جرم دارند، بخش بزرگی از مواد خود را از دست دادند و چیزی جز ستارگان و مقداری ماده تاریک باقیمانده (کسری از ماده تاریک) باقی نگذاشتند.
مورنو گفت: این یک یافته تصادفی محض بود. لحظه‌ای که اولین تصاویر را ساختم، بلافاصله آنها را با دانیلی به اشتراک گذاشتم و از او دعوت به همکاری کردم.
رابرت فلدمن، استاد دانشگاه زوریخ که شبیهسازی جدید را طراحی کرده است، گفت: این کار نظری که کهکشانهای فاقد ماده تاریک، به ویژه در مجاورت کهکشانهای عظیم، باید بسیار رایج باشند را نشان می‌دهد.
جیمز بولاک از UCI، اخترفیزیکدانی که یک متخصص مشهور جهانی در کهکشانهای کم جرم است، توضیح داد که چگونه او و تیم مدل خود را صرفا برای اینکار نساخته‌اند که بتوانند کهکشان‌هایی بدون ماده تاریک ایجاد کنند. امر مهمی که به گفته او این مدل را قوی‌تر و بهتر می‌کند. به هیچ وجه برای ایجاد برخوردهایی (بین کهکشانها) که در نهایت یافتند طراحی نشده بود. بولاک گفت: “ما برخوردهای کهکشانی را پیش فرض نمی‌گیریم.
تأیید (موضوع گفته شده در بالا) اینکه کهکشانهای فاقد ماده تاریک را می‌توان در جهانی که در آن ماده تاریک زیادی وجود دارد توضیح داد، برای محققانی مانند بولاک که حرفه‌اش و همه چیزهایی که در آن کشف کرده است، وابسته به ماده تاریک است و این امر باعث می‌شود که کهکشانها به شیوه‌ای رفتار کنند که در واقع انجام می‌دهند (ماهیت ماده تاریک) (مترجم:ماهیت ماده تاریک مانند چسب تمام ستارگان را نگه می‌دارند و گرنه ستارگان از دیسک کهکشان می‌گریختند).
بولاک گفت: مشاهده وجود کهکشانهای عاری از ماده تاریک برای من کمی نگران کننده بود. ما یک مدل موفق داریم که در طول چندین دهه کار سخت توسعه یافته است که در آن بیشتر ماده در کیهان ماده تاریک است. همیشه این احتمال وجود دارد که طبیعت ما را فریب داده باشد. اما مورنو گفت: شما لازم نیست از شر مدل استاندارد ماده تاریک خلاص شوید.
اکنون اخترفیزیکدانان می‌دانند که چگونه یک کهکشان ممکن است ماده تاریک خود را از دست بدهد، مورنو و همکارانش امیدوارند که این یافته‌ها الهام‌بخش محققانی باشد که به آسمان شب نگاه می‌کنند تا به دنبال کهکشانهای پرجرم در دنیای واقعی بگردند که ممکن است در فرآیند جدا کردن ماده تاریک از کهکشانهای کوچکتر نقش داشته باشند.
بولاک گفت: هنوز هم ممکن نیست که این مدل درست باشد. آزمون واقعی این است که ببینیم آیا این چیزها با فرکانس و ویژگیهای عمومی وجود دارد که مطابق با پیش‌بینی‌های ما هستند.
مترجم: مرتضی نادری‌فرد
منبع:
Scientists discover how galaxies can exist without dark matter
by University of California, Irvine FEBRUARY 14, 2022
https://phys.org/news/2022-02-scientists-galaxies-dark.html