درست مثل باقی رشته های علم، ستاره شناسی هم هنوز کامل نشده و مفاهیمی زیادی وجود داره که ذهن های درخشان در سرار جهان برای یافتن اونها تلاش میکنند. یکی از گیج کننده ترین اونها درک ماده و انرژی تاریک هست. در طول چند دهه گذشته به طور فزاینده ای روشن شده که باید نوعی ماده در فضا وجود داشته باشه که ما قادر به دیدن اون نباشیم. می‌دونم که ممکنه راز آلود و ماوراطبیعی به نظر برسه، اما این تا زمانی صادقه که مفهوم دیدن رو درک کنیم.
یک جسم زمانی تابش الکترومغناطیس یا نور داره که الکترون های داخل اتم هاش از حالت برانگیخته تر یا بالاتر به حالت انرژی پایین تر نزول کنه (Reducing the amount of N)، در این فرایند فوتون تولید میشه و زمانی که اون فوتون ها به چشم ما برخورد میکنند، ما قادر به دیدن اون جسم میشیم. بنابراین اگر چیزی قادر به تولید فوتون با این روش یا روش های هسته ای مرتبط نباشه، نمیتونه نور مرئی یا هر نوع نور دیگری که ما بتونیم اون رو تشخیص بدیم، تولید کنه.
اما ذراتی که اتم ها رو می‌سازند تنها انواع ذرات موجود نیستند، انواع مختلفی از ذرات وجود داره. بنابراین تصور اینکه ممکن هست مقادیر ماکروسکوپی ماده ای وجود داشته باشه که با نور برهم کنش نداشته باشه، عجیب نیست. به دلیل این رفتار، نام ماده تاریک رو به اون اختصاص دادیم، اگرچه که نمی‌دونیم اون چیه، اما میدونیم که اون چی نیست!
ماده تاریک نمیتونه هیچ نوع ماده باریونیکی باشه که همه پروتون ها و نوترون ها هستند که همه چیزهای معمولی ای که میتونیم ببینیم رو تشکیل میدن. حالا سوال اینجاست که چقد ماده تاریک وجود داره؟ ظاهراً خیلی، حتی با وجود اینکه نمیتونیم اون رو ببینیم هنوز هم تاثیر گرانشی داره، بنابراین میتونیم مقدار تقریبی ماده تاریک رو با تجزیه و تحلیل حرکت اجسام مجاور یک چیز اندازه گیری کنیم. به عنوان مثال چیزی مثل سرعت مداری ستاره های یک کهکشان اطلاعات خوبی در مورد میزان ماده تاریک اون کهکشان و اطرافش میده.
اثبات های مختلفی برای وجود ماده تاریک وجود داره، یکی از اونها همین سرعت مداری ستاره های یک کهکشان هست، اثبات های دیگه ای هم وجود داره مثل استفاده از عدسی گرانشی (gravitational lensing) در نسبیت عام. اما نمی‌خوام موضوع رو بیش از حد تخصصی کنم، پس اجازه بدید از یک اثبات ساده استفاده کنیم. وقتی به ساختار جهان قابل مشاهده نگاه میکنیم، به نظر میرسه که کهکشان ها به صورت مجموعه ای از رشته ها در کنار هم قرار گرفتن که در بین اونها حفره های عظیمی وجود داره که در بین اونها تقریبا هیچ کهکشانی وجود نداره. گویی که شبکه های عظیمی از اجرام در اونجا وجود داره که جهان این شکل رو به خودش گرفته. همچنین محاسبات نشون میدن که ماده درخشانی که ما میبینیم نمیتونه به اندازه ای باشه که ماده در ابتدا در ستاره ها و کهکشان ها انباشته شده باشه. بنابراین با توجه به داده های گسترده ای که برای اثبات وجود ماده تاریک وجود داره، میتونیم این اطمینان رو داشته باشیم که واقعا چنین ماده ای هست.
بنابراین بهترین نامزدها برای ماده تاریک چیه؟ اول از همه ما میدونیم که غیر باریونیک هست، پس چه چیزی باقی میمونه؟ ممکنه ذرات ریز اتمی ای وجود داشته باشه که فراتر از مدل استاندارد فیزیک ذرات باشه که می‌تونه این مشاهدات رو توضیح بده. یا حتی می‌تونه نوعی WIMP (weakly-interacting massive particles)، نوترینو یا ذرات فوق متقارن یا هر چیزی عجیب دیگه ای باشه، البته که همه فرض هستند و در آزمایش تایید نشدن.
متاسفانه ماده تاریک تنها سوال داغ نجوم نیست، به نظر میرسه یک عامل مرموز دیگه به نام انرژی تاریک هم وجود داره. این مفهوم در نتیجه اندازه گیری سرعت انبساط جهان به وجود اومده. ما فکر می‌کردیم که به دلیل جاذبه گرانشی بین همه مواد، سرعت انبساط جهان باید در طول زمان کاهش پیدا کنه و حتی انبساط رو متوقف کنه و در نهایت در یک نقطه منقبض بشه. با این حال مشاهدات نشون میدن که این اتفاق نمیوفته و در عوض، سرعت انبساط دائما در حال افزایش هم هست! چه چیزی می‌تونه باعث این شتاب بشه؟ ما واقعا نمی‌دونیم و به همین دلیل اسم انرژی تاریک رو روی اون گذاشتیم. ایده های مختلفی در موردش وجود داره، مثل ایده انرژی خلاء انیشتین، اما همه‌ی اینها کاملا فرضیه هستند.
در نهایت بر اساس محاسبات فعلی، ما معتقدیم که انرژی تاریک حدود ۶۸ درصد از کل انرژی موجود در جهان قابل مشاهده رو تشکیل میده و همچنین ماده تاریک هم با معادل جرم-انرژی، حدود ۲۷ درصد رو تشکیل میده. در کل چیزهای زیادی وجود داره که هنوز نمی‌دونیم، اما چیزهای زیادی هم وجود داره که میدونیم، پس بیاید به خودمون افتخار کنیم و راه پیشرفت رو ادامه بدیم ?
کانال من در تلگرام: t.me/hamidreza01
