اثبات جرم گمشده یا ماده تاریک:
بسمه تعالی
اثبات جرم گمشده یا ماده تاریک:
از دو روش می توانیم پدیده ای را اثبات کنیم. یکی مشاهده پدیده و یا اثر جاذبه آن بر اجرام آسمانی.
هنگامی که در شبی تاریک به آسمان صاف می نگریم حداکثر حدود6000 ستاره را با چشمان عاری از هر ابزار رصدی می بینیم.آنچه را که ما با چشمان غیر مسلح می بینیم فقط تعدادی از ستاره های کهکشان ما هستند،در حالی که 80000 میلیارد میلیارد ستاره در عالم وجود دارند.محاسبه ساده نشان می دهد که جرم تمامی ستاره های عالم (16×10به توان 52) کیلو گرم است. اگر جرم سیاهچاله ها و ابر های عظیم گازهای فضایی میان ستاره ای را به آن اضافه کنیم عدد بزرگی که خارج از تصور ماست به دست می آید.اما این فقط پنج تا ده درصد کل عالم را تشکیل می دهد. بقیه به شکل ماده ای است که ما نمی توانیم ببینیم،اما به دلیل اثری که روی حرکت ستاره ها و آنچه می بینیم می گذارد شک نداریم که وجود دارد. بیشتر اجرام سماوی در ساختارهایی که آنها را کهکشان می نامیم قرار دارد.خود کهکشان ها در گروههایی کنار هم جمع می شوند و از گرد آمدن گروهها خوشه های کهکشانی و از اجتماع آنها ابر خوشه ها پدید می آید. هر یک ازاین ساختارها حول نقطه ای که مرکز جرم مجموعه است می گردد.ما میتوانیم با روش های مختلف جرم هر یک از این کهکشان ها را به دست آوریم. با استفاده از نوری که به ما می رسند تعداد ستاره های آن را به دست آوریم و جرم کل را تخمین بزنیم.روش دیگر استفاده از سرعت دوران حول مرکز جرم مثلا مرکز کهکشان است.ما می توانیم این سرعت را با بررسی کهکشان هایی که از روی زمین از پهلو دیده می شوند به دست آوریم.در سال 1933 مریتز زوییکی حرکت کهکشان های دور را با هر دو روش بررسی کرد. اما هنگامی که نتایج را مقایسه کرد متوجه شد که چهارصد برابر با یکدیگر فرق دارند.او این اختلاف را به اثر جرم ناپیدایی نسبت دادکه قابل مشاهده نبود و آن را جرم گمشده نامید.حضور جرم گمشده در سنجش سرعت چرخش کهکشان مشخص می شود.تک ستاره های داخل کهکشان نیزمانند سیارات در منظومه شمسی رفتار می کنند و حول مرکز کهکشان می گردند. هر چقدر ستاره دورتر باشد سرعت آن کمتر است(قانون دوم دوپلر)این قوانین می گویند سرعت چرخش آنها بستگی به فاصله آنها از هسته و جرمشان در مدار دارند..اما سرعت هایی که با توجه به مقدار جابجایی دوپلری برای ستاره های دور دست به دست آمده نشان می دهد که آنها بسیار سریعتر از آچه که قانون دوم دوپلر تعیین می کند حرکت می کنند.با این سرعت زیاد ستاره ها نمی توانند در کهکشان باقی بمانند و باید به سمت بیرون کهکشان پرتاب شوند،همانطور که در لبه های کهکشان میزان نور به سرعت کم می شود انتظار می رود که سرعت هم کم شود ولی هچنین اتفاقی نمی افتد و سرعت نسبت به جسم بالا می باشد.سرعت کهکشان های موجود در خوشه ها را در سال 1930 بررسی کردند عدد به دست آمده ده تا صد برابر مقداری بود که انتظار داشتند.به نظر شما این به چه معنی می تواند باشد؟آیااین وسط عاملی باید وجود داشته باشد که بر روی این کهکشان ها وستاره ها اثر بگذارد؟بله عامل دیگری وجود دارد.این نیروی اضافی فقط می تواند بر اثر جاذبه گرانشی مقدار زیادی ماده تاریک باشد که داخل خود کهکشان قرار دارد.یافته های زوئیکی تا دهه 1970 در محاق قرار داشت تا اینکه سرانجام پذیرفته شد که فقط مقدار زیادی جرم پنهان می تواند بسیاری از مشاهدات دیگر را توجیه کند و نظریه های گوناگون درباره ساختار عالم را تایید کند.وجود ماده تاریک نه فقط اختلاف در محاسبات جرم کهکشان ها را توضیح می دهد بلکه یکی از مشکلات نظریه بیگ بنگ(مهبانگ)را که سالها موجب آزار کیهان شناسان بود حل می کند.
چه میزان ماده تاریک در عالم وجود دارد؟
کیهان شناسان میزان موجود در عالم را با پارامتری به نام امگا مورد بحث قرار می دهند.در یک عالم بسته یعنی عالمی که جرم ان در حدی است که عاقبت در خودش فرو می ریزد.امگا بیشتر از یک تعریف می شود. در یک عالم باز یعنی عالمی که تا ابد اجزای آن در حال دور شدن از یکدیگر هستند امگا کمتر از یک است و یک عالم مسطح به طور ایده ال برابر یک خواهد داشت و این که 90 تا 95% عالم را ماده تاریک تشکیل داده است.
ما در جهانی بسته یا باز یا مسطح قرار گرفته ایم؟
ما در جهانی باز قرار گرفته ایم پس امگا کمتر از یک می باشد و 93% این عالم را ماده تاریک فرا گرفته است. ماهیت ماده تاریک:
ماخوها ماچوها:
وجود ماده تاریک یا جرم گم شده نه فقط سرعت بالای ستارها در لبه کهکشانها را توجیه میکند بلکه به نظریه موجود در باره آغاز و سرنوشت عالم اعتبار می بخشد.
برسیها نشان می دهد که حدود 90 تا 95% جرم کل عالم ماده تاریک است ما نمی توانیم ماده تاریک را ببینیم وجود آن فقط از روی اثری که بر ماده قابل مشاهده در عالم می گذارد اثبات می شود.اما جنس این ماده کهکشان هستند.چیست؟ دو امکان وجود دارد. یکی وجود ماخو یا ماچو است. ماخوها اجرام پر جرم وفشرده هاله
ماخوها اجرام پر جرمی هستند که جرم آنها از ستارهای کوچک تا سیاهچاله ها ابر پر جرم تغییر می کند آنها از ماده معمولی که می شناسیم(ماده باریونی) ساخته شده اند. ماخوها همانطور که توضیح نام شان نشان می دهد در هاله کهکشان پنهان اند.
ماخوها بطور عمده کوتوله های قهوه ای، کوتوله های سفید دور دست و سیاه چاله ها هستند که وجود آنها حتی بیش از احتمال وجود ماده تاریک پیش بینی شده بود.
تصاویر تلسکوپ هابل از کوتوله های قهوه ای تعداد زیادی را که اختر شناسان پیش بینی می کردند نشان نمی دهد و این اجسام بسیار پراکنده اند در حال حاضر تخمین زده می شود که کوتوله های قهوه ای فقط 6% از ماده تاریک در هاله کهکشانها را تشکیل می دهند.
نوترونیوها:
نوترونیوهاذرات بدون جرمی هستند که وجودشان ثابت شده ولی دلایلی وجود دارد که نشان داده گاهی اوقات جرم بسیار کوچکی دارند.در عالم مقدار بسیار زیادی نوترونیو وجود دارد.با این حال حتی یک جرم بسیار کوچک تر برای ماده تاریک پر اهمیت است وجرمی به اندازه 1/5000 جرم الکترون امگایی به اندازه 1 به دست می دهد.
و یمپ ها:
با توجه به دست اوردهای فیزیکدان ها(ذرات بنیادی)با اطمینان بیشتری مدعی هستند که ماخو ها نمی توانند 90%جرم عالم را تشکیل بدهند. برای همین مصرانه در جست و جوی ویمپ ها هستند. این ذرات بسیار کوچک تر از اتم اما دارای جرم اند. با ماده باریونی واکنش نمی دهند وحتی به راحتی ان عبور می کند. از انجا که جرم این ذرات بسیار کم است تعداد زیادی از انها لازم است تا بتوانند مقدار عظیمی ماده تاریک را تامین کنند.
ویمپ ها ذرات سنگینی هستند که می توان در تراسنیو ها و اکسیون ها را نام برد.
برای اشکار سازی ویمپ ها سرد کردن یک بلور بزرگ تا دمای صفر مطلق یا حدود 273درجه سیلسیوس(1کلوین)است.
در این شرایط حرکت و ارتعاش اتم های بلور به حداقل ممکن می رسد و اگر در این حالت یک ویمپ به اتمی بر خورد کند آن را مرتعش می کند و دمایش را بالا می برد. این گرمای ناچیز ایجاد شده قابل اندازه گیری است که می توانند از یخهای قطبی به جای بلور استفاده کنند.
تهيه كننده : اعظم دشتي آهنگر
استاد راهنما: جناب آقاي احمدي
