قبل شروع: این متن در ادامه متن قبله که تحت عنوان خرافه‌ای به نام ماده تاریک؟! منتشر شد.
اگه متن قبل رو خونده باشید، گفتم که دانشمندان برای تبیین یه سری مشاهدات فرض کردند یه ماده اسرارآمیز وجود داره که قادر نیست نور رو جذب کنه (یعنی نور از درونش رد میشه) اما معلوم نیست چطور قادره نور رو خم کنه. گفتم که فرض چنین ماده‌ای برخلاف روحیه علمیه.
این فرض رو بذاریم کنار. اما برای تبیین اون مشاهدات چه کرد؟
به طور مشخص، دو تا مشاهده هست که باید توضیح داده بشن.
مشاهده اول، اینه که میزان خمش نور در هنگام عبور از کنار یه سری از توده‌های عظیم ماده بیشتر از چیزیه که انتظار میره.
مشاهده دوم هم سرعت بالای ستارگان دوردست در درون کهشکان‌هاست که برخلاف رویه مشاهده شده در درون منظومه‌هاست. در منظومه‌ها هر چه از ستاره اصلی دور بشیم، سرعت چرخش سیاره‌ها به دور ستاره کاهش پیدا میکنه. اما در کهکشان‌ها شاهد این هستیم که حتی ستاره‌هایی که نسبت به خورشید ما از سیاه‌چاله کلان‌جرم مرکزی فاصله بیشتری دارند، گاها سرعت بالاتری نسبت به خورشید دارند.
اول در مورد دومی توضیح میدم و بعد در مورد اولی.
سوال اینه: چرا دانشمندان چرخش کهکشانی رو با چرخش سیارات در درون یه منظومه مقایسه میکنند؟
یعنی چی؟
چرخ دوچرخه رو در نظر بگیریم. یه کل واحده. این چرخ وقتی می‌چرخه، نقاط مختلفش سرعت‌های مختلفی دارند. هر چقدر از مرکز دور بشیم، سرعت چرخش هر نقطه زیادتر میشه. به این عکس نگاه کنیم:
خیلی طبیعیه اگه سرعت حرکت نقطه b بالاتر از سرعت نقطه a باشه. چون b و a در یک زمان یک دور می‌زنند و چون b مجبوره فاصله بیشتری رو طی کنه، پس سرعت (البته بهتره بگم تندی حرکتش) نسبت به a بیشتره.
سرعت بالاتر ستارگان دوردست ممکنه به این دلیل باشه که چرخش کهکشانی از این جنس باشه. یعنی اینجوری باشه که سیاه‌چاله مرکزی وقتی می‌چرخه تمام فضای اطرافش و همچنین اجرام اطرافش رو به چرخش دربیاره و چرخش این اجرام متناسباً اجرام دورتر رو به حرکت دربیاره. یعنی میتونیم فرض کنیم یه کهکشان درست عین چرخ یه دوچرخه یه کل واحد رو تشکیل میده که سرعت چرخش جرم مرکزی‌اش (سیاه‌چاله کلان جرم) در مقایسه با سرعت چرخش دورترین نقاطش کمتر باشه.
این نوع از چرخش در زمین هم رخ میده. زمین با یه سرعت مشخص دور خودش می‌چرخه و این سرعت در خط استوا در بالاترین حد خودش قرار داره. حالا بیایید فرض کنیم یه هلیکوپتر در ارتفاع یک کیلومتری از خط استوا ثابت قرار گرفته. این هلیکوپتر باید همراه با چرخش زمین بچرخه. زمین ضمن چرخش خودش، هر چیزی رو که در جو اطراف خودش قرار گرفته باشه، به چرخش در میاره. خود هوای موجود در جو اطراف زمین هم همراه با چرخش زمین می‌چرخه و طبیعتا یه هلیکوپتر هم که در این جو باشه، همراه با هوا خواهد چرخید. در اینجا هم مثل مثال چرخ دوچرخه، تا یه ارتفاع مشخص، هر چقدر که از سطح زمین دور بشیم، شاهد این هستیم که سرعت چرخش اجرام موجود در جو زیاد بشه.
اما از یه حد به بعد، این اتفاق رخ نمیده و چرخش زمین منجر به چرخش اجرام نمیشه.
در واقع میشه جو زمین رو به دو منطقه تقسیم کرد، مطابق این شکل:
تفاوت این دو منطقه در اینه که در منطقه اول، چرخش زمین باعث چرخش کل اجرام موجود در اون منطقه میشه، اما در منطقه دوم، چرخش زمین بر چرخش اجرام اثری نداره. به همین دلیل هر چقدر یه ماهواره در فضای دورتری قرار بگیره، سرعت چرخشش به دور زمین باید کمتر باشه.
اگه این اطلاعات اشتباهه، ممنون میشم باخبرم کنید.
حرکت سیارات در منظومه شمسی و به دور خورشید، از نوع دومه. به همین دلیل با افزایش فاصله، سرعت چرخش کم میشه.
اما ممکنه حرکت کهکشانی از نوع اول باشه. این چیزیه که قابل آزمودنه. حداقلش اینه که بهتر از ماده تاریک قابل آزمونه. این از مشاهده دوم.
حالا بریم سراغ مشاهده اول.
مساله چیه؟ یه بار دیگه به ویکی‌پدیاش نگاه کنیم:
مشاهدات همگرایی گرانشی خوشه‌های کهکشانی امکان تخمین مستقیم جرم بر پایه تأثیر آن بر نور کهکشان‌های پس زمینه، فراهم می‌کند. توده‌های عظیم ماده (تاریک یا معمولی) از طریق گرانش موجب خمش نور می‌شوند. در خوشه‌هایی مانند آبل ۱۶۸۹، مشاهدات همگرایی تأیید میکنند که میزان ماده موجود به میزان قابل توجهی بیشتر از آن مقداری است که از نور این کهکشان‌ها استنباط می‌شود. در خوشه گلوله، مشاهدات همگرایی بیانگر آنند که بیشتر جرمی که موجب همگرایی می‌شود از جرم باریونی منتشرکننده پرتو ایکس، مجزا می‌باشد. در ژوئیه ۲۰۱۲ از مشاهدات همگرایی در کشف یک رشته مادهٔ تاریک بین دوخوشه کهکشانی استفاده شد که توسط شبیه‌سازی‌های کیهانی پیش‌بینی شده‌بود.
مساله اینه: ما با توجه به مقدار نوری که از خوشه‌ای مثل آبل 1689 دریافت کردیم، میزان جرم موجود در اون خوشه رو حدس زدیم. فرض میکنم محاسبات دانشمندان درست باشه. حالا، میزان خمش نوری که از کنار این خوشه گذر میکنه، حاکی از اینه که جرم بیشتری باید در این خوشه موجود باشه. اما ما این جرم رو نمی‌بینیم. راه‌حل دانشمندان فرض ماده تاریکه.
اما بیایید ماده تاریک رو بذاریم کنار و به دنبال یه راه دیگه باشیم. به نظرم یکی از بهترین راه‌حل‌ها، تداخل امواجه.
تداخل امواج چیه؟ برای اینکه تداخل امواج رو بفهمید می‌تونید به این یا این یا این رجوع کنید. چیز پیچیده‌ای نیست. خیلی ساده بگم، وقتی که دو منبع داشته باشیم که از خودشون موج ساطع کنند، این امواج وقتی به هم برسند، با هم تداخل میکنند و بر همدیگه اثر میذارند. اگه هم‌فاز باشند، همدیگه رو تقویت میکنند و اگه فازشون مخالف هم باشه، خنثی میشن. به ویدئوی زیر نگاه کنید.
در مورد نور، آزمایش دو شکاف یانگ به خوبی این پدیده رو نشون میده. وقتی یه نور رو از دو شکاف عبور بدیم، شاهد این هستیم که شکل زیر بر روی پرده تشکیل میشه:
معتقدم دانشمندان تداخل امواج رو حساب نکردند. یعنی ممکنه دو تا کهکشان در دو نقطه از فضا به طوری قرار گرفته باشند که نورشون هنگامی که به کهکشان ما و سیاره ما میرسه، خنثی بشه. ممکنه دو تا کهکشان در اطراف ما وجود داشته باشند که به دلیل تداخل امواج ما از وجودشون بی‌خبر باشیم. چون نور یا موج الکترومغناطیسی پیک عالمه. ما با واسطه امواجی که کهکشان‌ها از خودشون ساطع میکنند، از وجودشون باخبر میشیم. برای اینکه بفهمید چی میگم، به شکل زیر نگاه کنید:
اگه دو تا کهکشان در چنین وضعیتی قرار داشته باشند، ما هیچوقت از روی کره زمین قادر نخواهیم شد از وجودشون مطلع بشیم.
حالا برگردیم سراغ خوشه ابل 1689. میتونم فرض کنم به خاطر تداخل امواج، ما قادر نیستیم از روی کره زمین، بخش‌های عظیمی از اون خوشه رو ببینیم. همین مساله باعث شده ما در تخمین میزان جرم موجود در اون خوشه اشتباه کنیم. ممکنه اجرامی در اون خوشه وجود داشته باشند که ما قادر به دیدنشون نباشیم، اما نه به این خاطر که این اجرام برهمکنشی با نور ندارند، بلکه این خاطر که نورشون وقتی به این منطقه ما میرسه، خنثی میشه.
به نظرم تداخل امواج خیلی بهتر از ماده تاریکه. البته اگه در این مورد هم اشتباهی صورت گرفته، ممنون میشم باخبرم کنید.
