Credit: Yale University/Hubble Space Telescope Frontier Fields.

اخترفیزیکدانان روی ماده تاریک تمرکز کرده‌اند.

مطبوعات علمی متقاعد شده‌اند که ماده‌ی تاریک وجود دارد. آن‌ها باور دارند که جنبه‌هایی از این نظریه وجود دارد که می‌تواند شناخته شده باشد. در حالی که ماده تاریک، با تعریف‌های بسیار آن، غیر قابل دسترسی است، اغلب نوشته می‌شودکه اخترشناسان توانستند اثرات آن را ببینند. گفته می‌شود که کهشکان‌ها با سرعت بیشتر از آنچه پیش‌بینی می‌شود به دور خود می‌چرخند و برای محاسبه‌ی  ناهمگونی‌های رصد شده، ماده قابل مشاهده‌ی کمی وجود دارد. فرض براین است که ماده تاریک در کیهان بسیار زیاد است. اخترشناسان تصور می‌کنند که %۸۵ آن از ذرات غیر باریونی تشکیل شده است. این ذرات چه هستند که بعد از دهه‌ها پژوهش هنوز ناشناخته باقی مانده‎اند.

ناتاراجان اخترفیزیکدان دانشگاه ییل (Yale) می‌گوید:

“در حالی که مقدار و مشخصات دقیق ماده تاریک و نحوه‌ی توزیع آن در کیهان را در دست داریم، اما هنوز ماهیت این ذرات در هاله‌ای از ابهام باقی مانده‌ است.”

باوجود این ابهامات، دانشمندان دانشگاه ییل براساس پدیده‌ی بسیار محتمل لنزینگ گرانشی، یک نقشه‌ی ماده تاریک ساخته‌اند. از آنجا که چندین بار در تصاویر روز گذشته درمورد لنزینگ گرانشی بحث شده است قصد این مقاله پرداختن به این موضوع نیست. این ایده از نظریه‌ای سرچشمه می‌گیرد که فرض می‌کند فضا و زمان می تواند خم شود و نور اجرام دوردست به وسیله‌ی اجرام نزدیکتر متمرکز می‌شوند.

گفته می شود که ماده تاریک جرم اضافه‌ای است که لنزینگ گرانشی را ممکن می کند. تیم دانشگاه ییل به منظور ساخت نقشه‌ی ماده تاریک خودشان در شکل اجرام لنز شده تغییراتی ایجاد کرده اند. تعجب آور نیست که یک مقاله‌ی مطبوعاتی در مورد این مطالعه بیان می‌کند”… نقشه، خیلی شبیه به شبیه‌سازی‌های کامپیوتری ماده تاریک است که به صورت نظری توسط مدل ماده تاریک سرد پیش بینی می‌شود.”

نظریه جهان الکتریک به یک مولفه‌ی نامریی و غیرقابل دسترس نیازی ندارد.

مشکلات زیادی در مواجهه با نظریه ماده تاریک وجود دارد، اما کیهان شناسان همچنان روی این نظریه برای نشان دادن فواصل اجرام از یکدیگر، سن آن ها، و ساختار آن ها پافشاری می‌کنند. این پافشاری به منظور حفظ نظریه‌ی گرانشی کیهان می‌باشد.

از آنجا که ماده تاریک در هیچ طیفی تابش الکترومغناطیسی ندارد، تنها چاره برای اثبات وجود آن، مشاهده‌ی اثرات گرانشی آن روی ماده‌ی مرئی است. تصور می‌شود که کهکشان‌ها جهت حفظ ساختار خود به ماده‌ی تاریک نیاز دارند. اخترشناسان می‌گویند بدون آن، کهکشان ها از هم جدا می شوند.

نظریه‌های متعارف با در نظر گرفتن اینکه کهکشان‌ها ساختاری بر اساس گرانش دارند و مطیع قوانین مکانیک و تکانه هستند علنا دچار ایراد شده اند. با این حال، کهکشان‌ها “گرداب‌های ستاره‌ای” هستندکه به گرانش بستگی دارند- نیرویی که هنگامی که با الکترومغناطیس مقایسه می‌شود بسیار ضعیف است. کهکشان‌ها اجرامی آسمانی هستند که به صورت الکتریکی فعالند و هر ستاره یک منبع جریان است. الکتریسیته‌ای که از طریق پلاسمای گردو غباری جریان می‌یابد مسئول تولد کهکشان‌ها و ستارگان است، چنین جریان‌ الکتریکی را جریان‌ بیرکلند (به افتخار کاشف آن، کریستین بیرکلند) ‌می‌نامند.

جریان‌های بیرکلند به صورت مارپیچی به هم می‌پیچند. تجزیه و تحلیل مقطعی از این مارپیچ‌ها در آزمایش‌های آزمایشگاهی، شکل میله‌ای – مارپیچی یک کهکشان را نشان می‌دهد. از آنجا که کهکشان‌ها در طبیعت بیشتر الکتریکی به نظر می‌رسند، هنگامی که شکل و رفتار آن‌ها را شبیه‌سازی می‌کنیم نیروهای الکترومغناطیسی روی آن‌ها با قدرتی عمل می‌کنند که گرانش می‌تواند نادیده گرفته شود.

الکتریسیته در کهکشانی مانند راه شیری جریان می‌یابد، از قطب‌ها خارج می‌شود و از طریق بازوهای مارپیچی به داخل کهکشان برمی‌گردد. به احتمال زیاد یک مدار در دیسک کهکشانی قرار دارد که قدرتش را از جریان‌های بیرکلندی می‌گیرد و کهکشان را به بقیه‌ی جهان متصل می‌کند. احتمالا، رشته‌های الکتریکی دارای میدان مغناطیسی که طول آن‌ها از مرتبه‌ی میلیارد سال نوری است، مسئول انتقال قدرت از یک نقطه‌ی فضا به نقطه‌ی دیگر هستند.

جریان‌های بیرکلند بین کهکشانی از میان کهکشان ها عبور می‌کنند، مانند راه شیری که ممکن است پرتویی مارپیچی از ذرات در لبه‌های صفحه‌ی کهکشانی تولید کند که به یک حلقه از ستارگان انرژی می‌بخشد. سیستم پویش دیجیتالی آسمان اسلون (SDSS) همچین حلقه‌ای که راه شیری را در فاصله‌ی ۱۲۰۰۰۰ سال نوری احاطه کرده است، پیدا کرد. نظریه‌ی ماده تاریک، همراه با گمانه‌زنی‌های همراه آن، زمانی که اثرات الکتریسیته در نظر گرفته شود می‌تواند نادیده گرفته شود.

استفان اسمیت

ترجمه: فرزین حسینی

Mapping The Absurd

” فضا، مملو از شبکه های جریان هایی ست که انرژی و اندازه حرکت را در فواصل بسیار طولانی انتقال می دهند. این جریان ها اغلب به صورت رشته ای به هم می پیچند. به نظر می رسد که این جریان ها در فضای میان ستاره ای و میان کهکشانی، ساختاری سلول مانند تشکیل دهند.”

____هانس آلفون

ماده تاریک نظریه ای مشکل ساز است که هنوز هم اخترفیزیکدانان برای توضیح فاصله، سن، و ساختار کیهان از آن استفاده می کنند. آن ها این کار را به منظور حفظ باور هایشان در مورد ابتدای هستی و همچنین نحوه ی عملکرد آن انجام می دهند. اکثر نظریه های کیهانی بر پایه‌ی پدیده های گرانشی استوار هستند، در حالی که از پلاسمای موجود در فضا و میدان الکتریکی همراه آن ها چشم پوشی می کنند.

ماده تاریک هیچ اثر الکترومغناطیسی از خود نشان نمی دهد، بنابراین نمی توان آن را با هیچ حسگری در هیچ باند انرژی آزمود. در شرایط متعارف، وجود آن بستگی به مشاهده ی اثرات گرانشی آن روی ماده ی مرئی دارد.گفته می شود که کهکشان ها به ماده تاریک نیاز دارند تا از بین نروند، یا این که کهکشان ها را در خوشه ها نگه دارد: تصور می شود که توده های ماده تاریک اطراف خوشه های کهکشانی را احاطه کرده اند.

مطابق مقاله ی مطبوعاتی اخیر، مرکز اخترفیزیک هاروارد تصاویر تلسکوپ هابل از خوشه های کهکشانی را با مدل های کامپیوتری هاله های ماده تاریک، تطبیق دادند که به برخی تطابق ها با نظریه معمول ماده تاریک پی بردند(و برای هیچ کس هم تعجب آور نبود). اختلافاتی میان مشاهدات و شبیه سازی های آن وجود داشت، اما”… آن ها بیان کردند که این اختلاف با شبیه سازی های دقیق تر قابل رفع است.”

نظریه های متعارف با فرض اینکه کهکشان ها فقط زاده ی گرانش هستند اعتبار خود را از دست می دهند. گرانش، نیروی بسیار ضعیفی در مقایسه با الکترومغناطیس است. از آنجاکه هر ستاره، مکان جریان بارهای الکتریکی است، کهکشان ها فعالیت های الکتریکی از خود نشان می دهند. چنین جریان های الکتریکی را به افتخار کریستین بیرکلند، جریان های بیرکلند می نامند.

الکتریسیته در فضا به سه حالت مختلف وجود دارد: حالت تاریک، حالت روشن، و حالت قوس الکتریکی. شناخته شده ترین حالت آن از آنجاکه شناخته شده ترین حالت مشاهده پذیر نیز هست، حالت قوس الکتریکی است. ستارگان، حالت قوس الکتریکی دشارژهای پلاسمایی هستند. حالت تاریک، همانطور که از اسم آن پیداست، به آسانی قابل رویت نیست، اما به همان اندازه ی دوحالت دیگر، تعامل های الکترومغناطیسی دارد.

الکتریسیته ای که به کهکشان ها قدرت می بخشد؛ از قطب های آن خارج می شود و از طریق صفحه ی کهکشان باز می گردد. این به این معنی است که مداری وجود دارد که انرژی خودرا از جریان های بیرکلند دریافت می کند و هر کهکشان را به بقیه ی جهان متصل می کند. احتمالا، رشته های الکتریکی محصور مغناطیسی به طول میلیارد سال نوری قدرت را از یک سر کیهان به آن سر دیگر می برند.

نیروها توسط پلاسمای الکتریکی موجود در رشته های به هم پیچ خورده اعمال می شود که کیهان را کنترل می کنند. آن ها دریک مدار کیهانی با جاذبه ی دوربرد بین آن ها گردش می کنند. یک نظریه ی محتمل این است که این رشته های پلاسمای الکتریکی، با قدرتی میلیارد ها تریلیون بار قوی تر از گرانش، همان چیزی است که خوشه ها و کهکشان های آن ها را کنار هم نگه داشته است. در جهان الکتریک، این حالت تاریک پلاسما است که پایداری آن را حفظ می کند نه ماده تاریک.

استفان اسمیت

مترجم: فرزین حسینی

Dark Mode

زیرنویس گذاری و ترجمه این فیلم توسط آرمیتا حاجی زاده انجام شده و حجم آن حدود ۳۰ مگا بایت است.
برای دانلود اینجا را کلیک کنید.

در مدل جدید که با نام اسمش (SMASH) شناخته شده، پیشنهاد شده است که ما برای حل و پایان دادن به همه‌ی این شکاف‌ها در مدل استاندارد فیزیک تنها نیاز به شش ذره‌ی جدید داریم و گروهی که پشت این پژوهش هستند بر این باورند که آزمایش و سنجش چنین روندی چندان هم دشوار نخواهد بود و در واقع کاری شدنی است.

مدل اخیر توسط یک تیم علمی متشکل از فیزیک‌دانان فرانسوی و آلمانی توسعه داده شده است. آنها باور دارند که ما به هیچ نوع دستکاری یا اصلاح عمده‌ای روی مدل استاندارد نیاز نداریم و تنها با افزودن چند مورد جدید به مدل فعلی می‌توانیم به هدف خود برسیم.

مسلما این پژوهش هنوز در روزهای اولیه‌ی خود قرار دارد و برای هر گونه اظهار نظری زود است. اما مورد واضح این است که گزاره‌ی ارائه شده از سوی این گروه بسیار جالب و کنجکاوکننده است. مدل اخیر از آن جهت بسیار جالب است که مدل‌های دیگری که تا به امروز برای توضیح رمز و رازهای دنیای مکانیک کوانتومی طراحی شده‌اند (از جمله مدل ابرتقارن)، اغلب نیاز به لحاظ کردن صدها تعداد از ذرات جدیدی داشته‌اند که ما هرگز حتی اثری از آنها را نیز مشاهده نکرده‌ایم.

از سوی دیگر باید توجه داشت که مدل اسمش به تنها شش ذره نیاز دارد. این ذره‌ها شامل سه نوترینو، یک فرمیون و یک میدان شامل دو ذره هستند. گفتنی است که در فیزیک، میدان به یک نهاد فیزیکی یا ریاضی اطلاق می‌شود که دارای مقداری برای هر نقطه در فضا و زمان باشد. ذره را نیز به عنوان یک حالت برانگیخته از میدان تعریف می‌کنند. برای اینکه بتوانیم به شما یک ایده‌ی کلی از ماهیت این پنج مسئله‌ی اساسی در فیزیک بدهیم، به سراغ هر یک از آنها رفته و به بررسی کلی آن می‌پردازیم. از ماده‌ی تاریک شروع می‌کنیم:

۱. ماده‌ی تاریک:

در حال حاضر شواهد قریب به اتفاقی وجود دارد که بر پایه‌ی آنها حدود ۲۶ تا ۲۷ درصد از جهان هستی از نوعی ناشناس از ماده ساخته شده است. در حالی که ما امروزه می‌توانیم نیروی گرانشی ناشی از آن را شناسایی کنیم، اما به نظر می‌رسد که این ماده‌ی ناشناخته هیچ نوع نور یا تابش دیگری از خود منتشر نمی‌کند تا ما از طریق آن بتوانیم رویتش کنیم. با وجود سالها جستجو، ما هنوز هیچ ایده‌ای درباره‌ی اینکه ماده‌ی تاریک واقعا از چه چیزی تشکیل شده در اختیار نداریم. ولی قطعا می‌دانیم که وجود این ماده برای پایداری کیهان بسیار حیاتی است.

۲. نوسانات نوترینو

سال گذشته، جایزه‌ی نوبل فیزیک به دو فیزیکدانی رسید که ثابت کرده بودند، نوترینوها می‌توانند بین مزه‌ها (flavor) نوسان داشته باشند. گفتنی است که مزه‌ها به هر یک از شش نوع کوارک شناخته شده در دنیای زیراتمی گفته می‌شود. نوسان نوترینو یک پدیده‌ی مکانیک کوانتومی است که در آن یک نوترینوی ایجاد شده با لپتون فلیور (lepton flavour) خاص (مانند یک الکترون، یک موآن یا یک تاو) می‌تواند در ادامه دارای یک مزه متفاوت باشد. از آنجا که تنها ذرات دارای جرم می‌توانند مزه‌ها را تغییر دهند (یا اینکه دچار نوسان کنند) بنابراین نوترینوها هم باید جرم داشته باشد و این امر برای مدل استاندارد مشکل ایجاد می‌کند، زیرا هیچکس به طور دقیق نمی‌داند که جرم نوترینوها از کجا سرچشمه گرفته است. این جرم ممکن است از ذره‌ی بوزون هیگز ناشی شده باشد. اما این امکان هم کاملا وجود دارد که جرم فوق مربوط به یک ذره‌ی کاملا جدیدی باشد که ما هنوز آن را کشف نکرده‌ایم.

۳. باریون‌زایی

یکی دیگر از مسئله‌های اصلی حل نشده در فیزیک را نیز در این بخش می‌توان به طور خلاصه و به طرز بسیار ساده‌ای این گونه مطرح کرد: چرا جهان قابل مشاهده‌ی ما دارای ماده‌ی بیشتری نسبت به ضد ماده است؟ با توجه به مدل استاندارد اینگونه برداشت می‌شود که انفجار بزرگ مقدار مساوی از ماده و پادماده را در جهان هستی تولید کرده است و از آنجا که هر یک از این دو در تماس با دیگری آن را نابود می‌کند، آنگاه می‌توان چنین استنباط کرد که روند فوق می‌توانسته به یک جهان خالی از ماده منجر شود؛ جهانی که در آن فقط تابش وجود داشته باشد. اکنون برای همه‌ی ما بدیهی است که مقدار بسیار فراوانی ذره ماده در این جهان وجود دارد و در نتیجه می‌توان گفت که باید اشتباهی در سناریوی مطرح شده وجود داشته باشد. چون پرسشی که پیش می‌آید این است که چطور ممکن است در جهان ما مقدار فراوانی از ماده موجود باشد و در عین حال تقریبا هیچ پادماده‌ای وجود نداشته باشد؟

۴. تورم کیهانی

باور متداول این است که در طی کسری از ثانیه پس از وقوع انفجار بزرگ، جهان هستی آغاز به یک دوره‌ی گسترش با شتاب فزاینده کرده که این انبساط را اصطلاحا تورم کیهانی (inflation) می‌نامند. در حالی که بسیاری از فیزیکدانان واقعیت تورم کیهانی را قبول دارند، اما تا کنون هیچکس قادر به کشف مکانیسم دقیق مرتبط با واداشتن جهان هستی به انبساطی با سرعت بالاتر از سرعت نور نشده است.، رفتن از زیر اتمی به اندازه گلف توپ به اندازه تقریبا بلافاصله شده است.

برای توجیه این موضوع نیز یک میدان فرضی پیشنهاد شده و گفته می‌شود که این میدان عامل اصلی تورم کیهانی با چنان سرعتی است. انبساطی که بسیار سریع رخ داده و بلادرنگ آن را از یک اندازه‌ی زیراتمی به اندازه‌ی یک توپ گلف رسانده است! این میدان را با نام اینفلاتون (inflaton) می‌شناسند. اما واقعیت این است ما باید در ابتدا بتوانیم آن را به طور واقعی شناسایی و آشکارسازی کنیم.

۵. مسئله‌ی strong CP

این مسئله به عنوان یک «نقص جدی در مدل استاندارد» شناخته می‌شود. مسئله‌ی CP به ما کمک می‌کند تا بتوانیم دلیل اینکه چرا میزان ماده در جهان بیشتر از پادماده است را توضیح دهیم. اما این مسئله به همراه خود رازهای حل شده‌ی را نیز پیش روی ما می‌گذارد.

واقعیت این است که مسئله‌ی فوق دارای توضیحی بسیار مفصل است. اما اگر بخواهیم به طور خلاصه بیان کنیم، مسئله‌ی CP قوی توضیح می‌دهد که چرا و به چه شکلی در کرومودینامیک کوانتومی، تخطی از CP رخ نمی‌دهد. منظور از تخطی در اینجا در واقع ایجاد یک شکست در تقارن بنیادی جهان هستی است. دلیل این عدم تخطی به برهم‌کنش‌های بین کوارک‌ها و گلوان‌ها مربوط می‌شود. در حال حاضر هیچکس به طور دقیق به علت این ارتباط پی نبرده است. البته تا به امروز چنین بوده و ممکن است در آینده و با مدل جدیدی که به نظر می‌رسد صحیح باشد، بتوانیم برای این پرسش نیز پاسخی پیدا کنیم.

راه حل چیست؟

مدل اسمش بر پایه‌ی ساختاری ایجاد شده است که چندین سال پیش مطرح شده بود. پیشتر در سال ۲۰۰۵، فیزیکدانی به نام میخاییل شاپوشنیکف (Mikhail Shaposhnikov) از انستیتوی فدارل فناوری در لوزان سوییس مدلی را ارایه داد که اکنون آن را با نام مدل استاندارد مینیمال نوترینو (vMSM) می‌شناسیم.

در آن زمان پیشنهاد شد که انبساط مدل استاندارد با سه نوترینو راست‌گرد (right-handed neutrino) با جرم‌های خاص می‌تواند به طور همزمان هم موضوع ماده‌ی تاریک و هم موضوع عدم تقارن باریون جهان هستی را توضیح دهد. این در حالی خواهد بود که مدل فوق با آزمایش‌های انجام شده بر روی نوسانات نوترینو نیز سازگار است.

در حال حاضر، تیمی که توسط فیزیکدان فرانسوی گیلرمو بالستروس (Guillermo Ballesteros) از دانشگاه Paris-Saclay هدایت می‌شود، باور دارند که ما می‌توانیم این سه نوترینوی راستگرد را هم به سه نوترینوی موجود در مدل استاندارد اضافه کنیم. افزودن سه نوترنوی اخیر به علاوه‌ی یک ذره زیر اتمی به نام فرمیون رنگ سه‌گانه (colour triplet fermion) می‌تواند به حل شدن ۴ مسئله‌ی نخستی بیانجامد که در این گزارش به آن پرداخته شده است.

از سویی چنین به نظر می‌رسد که افزودن یک میدان جدید و شناسایی‌نشده نیز بتواند به حل مسئله‌ی پنجم فرست اخیر کمک کند. شانون هال (Shannon Hall) در توضیح برای نیوساینتیست در این باره چنین می‌گوید:

“مدل اسمش یک میدان جدید را برای توضیح برخی از مسئله‌های دنیای فیزیک به طور متفاوت اضافه می‌کند. میدان فوق شامل دو ذره است: اکسیون (axion) که به منزله‌ی یک گزینه‌ی مطرح برای ماده‌ی تاریک به یکباره مورد توجه قرار می‌گیرد؛ و دومی نیز اینفلیشن (inflation) که به عنوان ذره‌ی مرتبط با تورم کیهانی مورد توجه است.”

مدل اسمش در مرحله‌ی آخر خود که شاید مهم‌ترین بخش آن هم باشد، از میدان فوق برای ارایه‌ی یک راه حل پیرامون مسئله‌ی پیچیده‌ی پنجم می‌کند: مسئله‌ی CP قوی.

البته این گروه اظهار کرده‌اند که آنها وقتی از قابل آزمایش بودن فرضیه‌ی خود سخن می‌گویند، به این مفهوم است که انجام این آزمایش با استفاده از نسل بعدی شتاب‌دهنده‌های ذرات خارج از توان نیست. همین امر باعث می‌شود که مدل اخیر نسبت به سایر مدل‌هایی که تا به حال برای این مسایل ارایه شده‌اند، قانع‌کننده‌تر باشند. آندریاس رینگوالد (Andreas Ringwald) یکی از اعضای تیم پژوهشی از سینکورتون الکترون آلمان در این باره در گفتگو با هال گفت:

“بهترین نکته در مورد تئوری ما این است که می‌توان آن را در ۱۰ سال آینده مورد آزمون و بررسی قرار داد.”

شاید شما همیشه بتوانید نظریه‌های جدیدی را ابداع کنید، اما اگر آنها از تئوری‌هایی باشند که تنها در ۱۰۰ سال آینده امکان آزمایششان فراهم شود یا اینکه هیچگاه نتوانیم آنها را آزمایش کنیم، در آن صورت چنین علمی در واقع علم به مفهومی که می‌شناسیم نخواهد بود؛ بلکه می‌توان آن را فراعلم نامید.

لازم به ذکر است که مدل اسمش هنوز باید در وهله‌ی نخست در یک مجله‌ی کارشناسی اولیه منتشر شود. پس هنوز نیاز است تا تحت بررسی‌های ریز و دقیق در دنیای ذرات فیزیکی قرار گیرد. اما نسخه‌ی اولیه‌ی پیش از انتشار آن در پایگاه arXiv.org در دسترس است و به این ترتیب فیزیکدانان مستقل می‌توانند برای آزمایش یا بررسی آن شانس خود را امتحان کنند.

احتمالا این یافته‌های جدید قرار نیست تا نقطه‌ی پایانی برای این پنج پرسش بزرگ باشد یا اینکه بتواند راه حلی نهایی را برای همه‌ی آنها در اختیار بگذارد. زیرا علم فیزیک به هیچ عنوان دارای نقطه‌ی پایانی نیست. اما این یافته‌ها می‌توانند آغازگر یک روند یا رویداد جالب و شگفت‌انگیز در آینده باشند. همانطوری که رینگوالد هم اشاره می‌کند: نبرد همیشه ادامه دارد!

ترجمه: بابک قهرمانی

این مطلب برای اولین بار در سایت زومیت منتشر شده است و اعتبار آن بر ایشان و مترجم محفوظ است.

منبع اصلی خبر

-لورد چسترفیلد

“کهکشان ها شکل ها و اندازه های مختلفی دارند، و تا همین اواخر، توضیح چگونگی آن ها برای اخترشناسان مجهول بود. در حال حاضر دانشمندان از نظریه ی ماده تاریک برای توضیح این باغ وحش کهکشانی موجود در جهان استفاده می کنند.” توضیحات ریاضی برای ماده ی تاریک در برنامه های کامپیوتری پیاده می شوند که در نهایت مدل هایی از شکل گیری کهکشان ها بدست می آید.

نتایج حاصل غالب منجمین نشان می دهد که ماده ی تاریک تقریبا ۲۵ % از کائنات را تشکیل می دهد. به اصطلاح “انرژی تاریک” هم بیشتر از ۷۰ % کائنات را شامل می شود، ما بقی ۵% باقی مانده هم ماده ی باریونی قابل مشاهده با چشم غیر مسلح و قابل آشکارسازی با ابزار آلات است.

اخترشناسان از اصطلاح باریونی در اشاره به تمام اجرام سماوی ساخته شده از ماده ی اتمی طبیعی استفاده می کنند که ماده ای متشکل از پروتون ها و نوترون ها می باشد. توجه داشته باشید که الکترونها باریونی نیستند،بلکه  لپتون هستند، آنها را در مقیاس های نجومی نادیده در نظر می گیرند چون پروتون ها معمولا به خودی خود با الکترون ها همراه هستند.

همانطور که در بالا ذکر شد، ماده تاریک ستاره یا سیاره نیست که دیده شود، ماده تریک، از جنس ماده ی باریونی طبیعی نیست، زمانی که ابر های باریونی نوری جذب می کنند می توان آن ها را رصد کرد، ولی ماده تاریک این خاصیت را ندارد، از طرفی ماده تاریک را نباید با پاد ماده هم اشتباه گرفت.

در حال حاضر محققان معمولا از نظریه ی “ماده تاریک سرد لامبدا” برای نوشتن یک مدل ابرکامپیوتری جدید استفاده می کنند که قادر است تقریب نزدیکی از تعداد کهکشان های مارپیچی و بیضوی قابل مشاهده را به ما بدهد.

وجود ماده تاریک در محاسباتشان دشوار فرض می شود زیرا تصور می شود کهکشان ها توسط هاله ای از ماده تاریک احاطه شده اند. طبق این مدل، چنین تراکم بالایی از ماده تاریک برای نگه داشتن خوشه های کهکشانی کنارهم الزامی است، و همچنین از جداشدن کهکشان های تکی هم جلوگیری می کند.

این اظهارات زمانی قابل اعتماد خوانده می شوند که بتوانند با مشاهدات ما از کیهان هم همچون معادلات ریاضی سنخیت داشته باشند. به منظور ارایه این پیش بینی ها، بسیاری از فرضیات باید تحت اللفظی در نظر گرفته شوند. با این اوصاف، هنوز بسیاری از موارد وجود دارند که مدل های استاندارد قادر به پیش بینی و توضیح آن ها نبوده است، برای مثال، ساختار بزرگ مقیاس جهان!

منجمین معروف پیش بینی می کنندکه ماده تاریک ساختار کهکشانی را تشکیل داده است. یکی دیگر از مشکلات ریاضی، سیاهچاله ها هستند،که همواره برای فرضیه پردازان مهم است، از آنجا که گفته می شود سیاهچاله در هر کهکشان ساکن است. هردوی ماده تاریک و سیاهچاله ها (همچنین انرژی تاریک) ساختار های مهم ریاضیاتی بین جوامع نجومی هستند، چراکه در ذهن آنها گرانش لازمه ی تمام نیروهای حاکم بر حرکت کهکشانی در کیهان است.

یک دستاورد بسیار متفاوت توسط کسانی که نظریه ی کیهان شناسی پلاسما را پایه گذاری کرده اند، بدست آمده است.

اخترفیزیکدانی به نام هانس آلفونن برای اولین بار نظریه ی “کهکشان های الکتریکی” را در سال ۱۹۸۱ پیشنهاد کرد. طبق این مدل، کهکشانها و حرکتشان بیشتر به یک موتورهم قطبی شباهت دارند. یک موتور الکتریکی که به دلیل جریان های الکتریکی که میدان مغناطیسی ایجاد می کنند، کار می کند ، باعث می شود یک دیسک فلزی در راستای متناسب با جریان ذخیره شده به دور خود بچرخد.

در این مدل، یک دیسک کهکشانی مانندیک دیسک فلزی فرض می شوند، (موتور فارادی). جریان های وسیع بیرکلندی پلاسما در محور های کهکشانی جاری می شوند و در امتداد دیسک خارج می شوندو ستاره ها در این دیسک به وسیله ی این جریان ها تقویت می شوند. کهکشان ها، به نوبه خود، قدرت خود را از جریان های بین کهکشانی بیرکلند دریافت می کنند که در فضا به صورت ساختار های رشته ای قابل مشاهده هستند و توسط میدان مغناطیسی خود قابل ردیابی هستند.

رشته های الکتریسیته را می توان در همه جا دید: جرقه های الکتریسیته ساکن، رعد و برق، جت های اشعه ایکس که از قطب های کهکشان ها فوران می کنند و رشته هایی که از ابرخوشه ها که این ساختار های بزرگ مقیاس را در کائنات ساخته اند. جریان های بیرکلند در یک ارتباط خطی در امتداد یکدیگر همراه با جاذبه ای دوربرد هستند که ۳۹ برابر اندازه ی گرانش است.

در واقع این مدل چگونگی گستردگی ستارگان در فضاهای کهکشانی و همچنین چرخش آن ها حول مرکز کهکشان را با استفاده از پلاسما و الکترومغناطیس شرح می دهد.

بارهای الکتریکی می توانند جریان را از طریق غبار پلاسمای پرانرژی بین خوشه ها، کهکشان ها، ستارگان انتقال دهند.

استفان سمیت

ترجمه: فرزین حسینی

منبع:

http://www.thunderbolts.info/tpod/2010/arch10/100113shape.htm

هرگونه نشر و یا کپی برداری تنها با درج نام “بخش فارسی پروژه بین المللی آذرخش” مجاز می باشد

یکی از دلایل برای فرض مقدار زیاد برودت (یا سرما) ماده ی تاریک  (CDM) در مدل گرانشی ، برای توضیح دوران مشاهده شده ی کهکشانهاست. ستاره شناسان در یافته اند که ستارگان منحصربه فردی در کهکشانها وجود دارند که،بر طبق قوانین کپلر برای حرکت سیارات ، به دور مرکز کهکشان نمی چرخند. به طور ویژه همه ی ستارگان خارج از برآمدگی مرکزی کهکشان دارای سرعت زاویه ای مشابهی هستند، دوران آن ها بیشتر شبیه به دوران یک دیسک صلب متصل شده می باشد، اما با توجه به قوانین کپل، سرعت، باید با زیاد شدن فاصله از مرکز کهکشان کاهش یابد.

نمودار سرعت زاویه ای ستارگان ( افزایش رو به بالا بر محورy) ، رسم فاصله ی شعاعی از مرکز، در طول محور X ، از چپ به راست، در ابتدا افزایش، و پس از پشت سر گذاشتن  “شکم” همانند دیگر ستارگان،  موازی محور Xمی شود، کمابیش هر ستاره ای صرف نظر از فاصله، نرخ دوران مشابهی با بقیه ی ستارگان دارد. این نکته  “دوران کهکشانهای مسطح ” حیرت آور است و منحنی آن در علم، اغلب مورد بحث است.

منحنی دوران کهکشان M33 ، اهدایی از  U. of Sheffield (UK),، گروه فیزیک ذرات و اختر فیزیک.

اضافه کردن مقدار زیادی ماده ی تاریک درهاله ی اطراف کهکشان تا حدودی می تواند نیروی گرانشی  ستارگانی را که بر طبق این مدل رفتار میکنند، اصلاح کند. این (ماده ی تاریک) در حال حاضر به عنوان بخشی از مدل استاندارد در فیزیک نجومی پذیرفته شده است. ماده ی تاریک به خودی خود، هیچگاه مستقیما مشاهده نشده و یا در محیط آزمایشگاه مورد استفاده قرار نگرفته است. این ماده تاریک است، بعد از همه ی اینها، بنابر تعریف، و با استفاده از تعریف فعل و انفعالات نیروی گرانشی با مواد “معمولی”  قابل مشاهده می باشد. اگر چه ستارگان دیگری وجود دارند که چرخش آنها در کهکشان به این صورت است.

مایکل فارادی متوجه شد (حدود ۱۸۳۱-۱۸۳۲، از عمر الکتریکی مایکل فارادی توسط الن هیرشفلد، همراه او، ۲۰۰۶) که یک دیسک فلزی، که دوار، در یک میدان مغناطیسی همتراز شده با محور دیسک؛ می تواندعامل ایجاد، یک جریان الکتریکی  روان به صورت شعاعی در دیسک شود، اینگونه او اولین دینام را اختراع کرد، که به نام تک قطبی القائی، یا دینام فارادی شناخته می شود. نتایج نهایی این دستاورد باعث اثبات نیروی لورنتس مبنی بر تاثیرش بر الکترون های دیسک به عنوان حرکت دهنده ی آنها در سراسر میدان مغناطیسی شد.

نمونه ی دیسک فارادی، مشکال عملکرد، در الکترومغناطیس،   from Electromagnetics, 2d Ed., Schaum’s Outlines, courtesy McGraw-Hill

اگر جریان توسط یک مدار خارجی عرضه شده باشد، دیسک با نیروی مشابه با نیرویی که هم اکنون ،عامل حرکت الکترونها در در جریان است،دوران می کند. البته سرعت دوران دیسک نیروهای مختلفی را تولید میکند که با جریان در حال حرکت مخالفت می کنند، و بین آن دو تعادلی به وجود خواهد آمد. اینسازوکار  به عنوان موتور فارادی شناخته شده است.

در کهکشان های شناخته شده، دوران فارادی از قطبش (RM) نوری که  منتشر می کنند، برای همراستا کردن میدان مغناطیسی با محور دورانشان، و به علاوه رفتار پلاسماگونه‌ای که در میان ستارگانشان دارند، کاملا معین شده است. با فرض اینکه آن جریان ها درسطح کهکشان شبیه به جریان ورقه ای استوایی شناخته شده در منظومه شمسی وجود داشته باشند، پس به نظر می رسد این شرایط شبیه به آنچه یک سلف تک قطبی یا موتور نامیده می شود، باشد. البته که دیسک در این مورد صلب نیست. حالت دقیق دوران به تعادل بین جریان محرکه ی شعاعی و دوران ناشی از جریان مخالف، درست مثل چیزی که در موتور فارادی مشاهده میکنیم، وابستگی دارد؛ اما حدااقل این امکان وجود دارد که این اثرات الکتریکی باعث چرخش غیر عادیی که ما مشاهده میکنیم باشند، نه مقدار زیاد ماده تاریک نامرئی .

در این زمینه ، جالب است که آخرین اکتشاف توسط Sloan Digital Sky  ازحلقه ای از ستارگان در سطح استوایی از کهکشان راه شیری را ببینیم که البته در خارج از کهکشان ما قرار دارند. شباهتشان با یک جریان حلقوی اطراف یک پینچ در یک جریان بزرگ بیریکلند در امتداد محور کهکشان راه شیری اشاره بر این مورد دارد که یک بار دیگر نیروهای الکتریکی در مقیاس کهکشانی ممکن است عاملی برای ایجاد چنین شکلی که میبینیم باشند.

حلقه غیر منتظره کهکشان راه شیری از ستارگان ، کشف شده توسط اسلون دیجیتال اسکای سروی (حق تصویر )

همچنین سازه هایی مشابه با موتورفارادی در سحابی ها نیز مشاهده شده اند. یکی از نمونه های بارز در سحابی خرچنگ است، جایی که در تصویرChandra X-ray خیلی واضح تمام عناصر مورد نیاز از سلف یا تنظیم موتورنشان داده شده است.

تلسکوپ چاندرا ایکس ـ ری  ، یکی از رصدخانه های بزرگ ناسا

۲٫۱۰ کهکشانهای مارپیچی و جریانهای بیرکلند

آنتونی پرت که در بالا به او اشاره شد، با استفاده از ذرات درون سلولی شبیه سازی کامپیوتری تعامل جریانهای بیرکلند را انجام داده است. او متوجه شد که شکل و ویژگی های دورانی کهکشان های مارپیچی، از جمله مارپیچی های بسته،که فرمی بسیار رایج در فضا هستند، به طور طبیعی از فعل و انفعالات نیروهای الکترو مغناطیسی در جریانهای بیرکلند بزرگ به وجود میایند.

این نتیجه ممکن است برای توضیح منشا انرژی های دورانی در فضا که توضیحشان در نظریه ی گرانشی مشکل است، کمک باشد.

چرخش میان نیروهای جاذبه بین دو جریان موازی ذاتی است، همانطور که مرحله ی زمانی در ابر رایانه ی پلاسمای رشته ای توسط آنتونی پرت

منبع:

https://www.thunderbolts.info/wp/2012/02/29/essential-guide-to-the-eu-chapter-10/

مترجمین راهنمای ضروری جهان الکتریکی:

فرزین حسینی، سبا حفیظی، نسترن ختایی، سمانه فتحیه، ساناز مفیدی احمدی، فرشته معماریان، پروین هویدا و ثمین یزدی

منبع:

هرگونه کپی برداری تنها با ذکر نام “بخش فارسی پروژه بین المللی آذرخش” امکان پذیر می باشد