نقشه ماده تاریک جدید ایجاد شده با “فسیل کیهانی” نشان می‌دهد که اینشتین دوباره درست می‌گفت!!

نقشه جدیدی از آسمان که با مشاهدات تلسکوپ کیهان شناسی آتاکاما ساخته شده و ماده تاریک را نشان می‌دهد. مناطق نارنجی نشان می‌دهد که در آن جرم بیشتری وجود دارد. (اعتبار تصویر: همکاری ACT)

نقشه جدیدی از کیهان توزیع ماده تاریک مرموز را با جزئیات دقیق نشان می‌دهد.

این نقشه که یک چهارم آسمان روی زمین را پوشش می‌دهد و تا اعماق کیهان امتداد می‌یابد، با استفاده از یک “فسیل کیهانی” به نام پس‌زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) ایجاد شده است، تشعشعاتی که درست پس از انفجار بزرگ باقی مانده است.

نقشه جدید که توسط تلسکوپ کیهان‌شناسی آتاکاما (ACT) ایجاد شده است، به تایید نظریه گرانش کمک کرده است که بیش از یک قرن پیش توسط آلبرت اینشتین ارائه شده بود.

نظریه نسبیت عام اینشتین در سال 1915 چنین فرض می‌کند که اجرام با جرم، تار و پود فضا-زمان را «پیچیده» می‌کنند و باعث  گرانش می‌شود و منجر به پیش‌بینی‌های خاصی در مورد چگونگی شکل‌گیری ساختار مقیاس بزرگ جهان و تبدیل آن به حالتی می‌شود که امروزه مشاهده می‌کنیم: 13.8 بیلیون سال پس از انفجار بزرگ. این پیش‌بینی‌ها چیزی است که به عنوان «مدل استاندارد کیهان‌شناسی» شناخته می‌شود.

تیم آدام هینکس، اخترفیزیکدان دانشگاه تورنتو، عضو ACT در بیانیه‌ای گفت: “ما از CMB، قدیمی‌ترین نور در جهان که بلافاصله پس از انفجار بزرگ گسیل شده است، استفاده کرده‌ایم تا میزان توزیع ماده تاریک – ماده نامرئی در مقیاس‌های بزرگ بسنجیم که اکثریت ماده در جهان را تشکیل می‌دهد.

هینکس گفت: «توزیع به خوبی با پیش‌بینی‌های نظری مطابقت دارد. “این یک نتیجه واقعا رضایت‌بخش از نظر علمی است زیرا نشان می‌دهد که ما درک قوی از چگونگی رشد و تکامل جهان خود داریم.”

استفاده از اثرات گرانش برای “دیدن” نامرئیها

عدسی گرانشی از این واقعیت ناشی می‌شود که وقتی گرانش فضا-زمان را منحرف می‌کند، مسیر نوری را منحرف می‌کند که به سمت ما می‌آید. ماهیت این تاب خوردگی می‌تواند به اخترشناسان چیزهای زیادی در مورد توزیع جرمی بگوید که باعث اعوجاج فضایی می‌شود.

CMB عملاً “نخستین نور” در جهان است، زیرا از عصری به نام دوران نوترکیبی و رویدادی به نام “آخرین پراکندگی” می‌آید. زمانی که جهان نوزاد بود، پر از دریایی از الکترون‌ها، گلوئون‌ها و کوارک‌ها بود. الکترون‌ها فوتون‌ها، ذرات نور را به‌طور بی‌پایانی پراکنده می‌کنند، به این معنی که نور نمی‌تواند در کیهان حرکت کند. در نتیجه، جهان مانند یک آجر مات بود.

با سرد شدن جهان، ذرات شروع به چسبیدن به هم کردند. کوارک‌ها و گلوئون‌ها پروتون‌ها و نوترون‌ها را تشکیل دادند که با الکترون‌ها پیوند خوردند و اولین اتم‌ها را حدود 380000 سال پس از انفجار بزرگ ایجاد کردند. با کمتر بودن الکترون‌های آزاد در اطراف، فوتون‌ها می‌توانستند بدون مانع حرکت کنند و جهان مانند یک پنجره شفاف شد.

CMB اولین تابشی است که آزادانه حرکت می‌کند. به لطف انبساط مداوم کیهان، این تابش باستانی تقریباً به طور یکنواخت کیهان را با تغییرات کوچک گهگاهی پر می‌کند.

دانشمندان ACT به تأثیر گرانش ساختار بزرگ کیهان بر CMB به عنوان نتیجه عدسی گرانشی نگاه کردند و روشی عالی برای نقشه‌برداری از ماده معمولی و به ویژه ماده تاریک را در اختیار آنها قرار داد که حدود 85 درصد از جهان مادی است اما مرموز باقی می‌ماند را تشکیل می‌دهد.‌

ماده تاریک مانند مواد “عادی” که شامل ستارگان، سیارات و ما می‌شود با نور برهمکنش نمی‌کند، به این معنی که ستاره‌شناسان نمی‌توانند آن را در هیچ طول موجی از تابش الکترومغناطیسی ببینند. اما ماده تاریک جرم دارد و بنابراین به صورت گرانشی برهم کنش دارد. این بدان معنی است که وجود آن را می‌توان در نتیجه برهمکنش‌های گرانشی آن با ماده و تابش استنباط کرد.

مهمتر از همه، این بدان معناست که ماده تاریک دارای یک اثر عدسی گرانشی است، به خصوص زمانی که در غلظت‌های زیاد مانند هاله‌هایی باشد که تصور می‌شود اکثر کهکشانها را احاطه کرده‌اند. این اثر لنز را می‌توان در اعوجاج CMB مشاهده کرد.

این اعوجاج به تیم اجازه داد تا یک نقشه کیهانی بسیار دقیق از توزیع ماده معمولی و ماده تاریک ایجاد کنند، که نشان می‌دهد این ماده شکل پیش‌بینی‌شده توسط نسبیت عام و مدل استاندارد کیهان‌شناسی  را به خود می‌گیرد که از آن پدید آمده است.

نقشه توزیع ماده همچنین می‌تواند به حل مشکلی در کیهان‌شناسی کمک کند که از اندازه‌گیری‌های نور ستارگان دور پدید می‌آید که نشان می‌دهد طبق مدل استاندارد کیهان‌شناسی، ماده تاریک آن‌طور که باید «توده‌ای» نیست.

نقشه ACT نشان می‌دهد که توده‌های عظیم ماده تاریک مشاهده‌شده دقیقاً اندازه مناسبی برای مطابقت با مدل استاندارد کیهان‌شناسی دارند. تیم ACT گفت این بدان معناست که یافته‌های جدید با تصویر کلی دانشمندان در مورد تکامل کیهان مطابقت دارد.

در عین حال، اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر که نقشه ACT را شامل می‌شود باید به محققان اجازه دهد تا آن تصویر را در یک سطح کاملاً جدید و عمیق‌تر بررسی کنند. به گفته اعضای تیم، این می‌تواند در نهایت کمک کند تا اختلافات در تکنیک‌های مختلف نقشه‌برداری ماده تاریک از کجا ناشی می‌شود.

هینکس می‌گوید: «در کیهان‌شناسی، مانند تمام علوم، داشتن اندازه‌گیری‌های مستقل واقعاً مهم است که مدل نظری یکسانی را آزمایش می‌کنند. “این واقعیت که ما می‌توانیم با موفقیت توضیح دهیم که کیهان چگونه با این سطح از دقت کار می کند شگفت انگیز است.”

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

New dark matter map created with ‘cosmic fossil’ shows Einstein was right (again)

By Robert Lea

https://www.space.com/dark-matter-map-cmb-einstein-right