انرژی تاریک – مادۀ تاریک
اوایل دهۀ 1990 یک چیز نسبتاً درمورد انبساط عالم دقیق بود. عالم شاید چگالی انرژی کافی برای توقف انبساطش ورمبش دوباره داشته باشد، شایدچگالی انرژی آن آنقدر کم باشدکه هرگز انبساطش متوقف نشود، اما گرانش به مرور زمان، دقیقاً باعث آهسته شدن انبساط می شد. مسلماً آهسته شدن انبساط مشاهده نشده بوداما به طور نظری، انبساط جهان باید آهسته شود. جهان پر از ماده بوده ونیروی جاذبۀ گرانشی تمام مواد را به سمت همدیگر می کشد. پس در سال 1998 تلسکوپ فضایی هابل (HST) ابر نواختر خیلی دوری را رصد کرد که نشان می داد خیلی وقت پیش، جهان در واقع خیلی آهسته تر از حال حاضر در حال انبساط بوده است. بنابراین انبساط جهان به خاطر گرانش کند شونده نبوده است، همان طور که هرکسی فکرش را می کرد، انبساط جهان شتاب دار و تندشونده بوده است. هیچ کس انتظار چنین چیزی را نداشت، هیچکس نمی دانست چطور آن را توضیح دهد. اما یک چیزی علت آن بود.
سر انجام نظریه پردازان سه نوع از تعریف ها را ابداع کردند. شاید این یک نتیجه از ویرایشی از نظریۀ گرانش اینشتین که مدتها کنار گذاشته بود باشد، که حاوی آن چیزی است که یک ثابت کیهانشناسی نامیده می شود. شاید تعدادی از انواع عجیب از شارۀ انرژی که فضا را پر می کند وجود داشته باشد. شاید چیزی در نظریۀ گرانش انیشتن اشتباه بوده و یک نظریۀ جدید باید شامل چند نوع از میدان که این شتاب کیهانی را تولید می کند، باشد. نظریه پردازان هنوز نمی دانند که توضیح صحیح چیست، اما آنها به این راه حل یک اسم دادند. نام آن "انرژی تاریک" است.
انرژی تاریک چیست؟
بیشتر ناشناخته است تا شناخته شده . ما می دانیم چه مقدار انرژی تاریک وجود دارد چون ما می دانیم
چطور انرژی تاریک انبساط جهان را تحت تأثیر قرار می دهد. به غیر از این انرژی تاریک یک راز
کامل می باشد. اما یک راز مهم می باشد. اینگونه فهمیده شده که تقریباً 70 درصد جهان انرژی
تاریک می باشدمادۀ تاریک حدود 25 درصد از جهان را می سازد. باقیمانده شامل هر چه بر روی
زمین و هر چیزی که تا به حال با تمام ابزارهای ما رصد شده و تمام مواد عادی است و درمجموع
کمتر از5 درصد جهان را تشکیل می دهند. اگر به آن فکر کنیم شاید نباید، نام مادۀ " عادی" را به آن
داد چرا آن فقط کسر کوچکی از جهان می باشد.
یک توضح برای انرژی تاریک این است که آن یک ویژگی از فضا می باشد. آلبرت اینشتین اولین کسی بودکه این را درک کرد که فضای خالی " هیچ چیز" نیست (یعنی چیزی هست.) فضا ویژگی های حیرت آوری دارد، تعداد زیادی از آنها دقیقاً در ابتدای فهمیده شدن می باشند. نخستین ویژگی ای که اینشتین کشف نموداین است که برای مقدار فضای بیشتری امکان پذیر است که پا به عرصۀ وجود بگذارد . پس یک ویرایش از نظریۀ گرانش اینشتین، ویرایشی که حاوی یک ثابت کیهانی است پیش بینی دومی را می نماید: "فضای خالی" می تواند دارای انرژی خودش باشد . چون این انرژی یک ویژگی از فضا می باشد، بنابراین با انبساط فضا رقیق نمی شود. هرچه فضای بیشتری پا به عرصۀ وجود می گذارد، این انرژی فضا بیشتر ظاهر می شود. به عنوان یک نتیجه این شکل انرژی باید باعث شودکه جهان سریع تر وسریع تر منبسط شود. متأسفانه هیچ کس نمی فهمد چرا ثابت کیهانی باید حتی در آنجا خیلی کمتر باشد تا دقیقاً مقدار درست که باعث شتاب مشاهده شده جهان می شود را داشته باشد. توضیح دیگری برای اینکه چطور فضا انرژی بدست می آورد از نظریۀ کوانتوم ماده بدست می آید. در این نظریه "فضای خالی" پر از ذرات موقت و"مجازی" است که به طور پیوسته شکل می گیرند و سپس ناپدید می شوند. اما وقتی که فیزیکدانان سعی کردند تا محاسبه کنند که این فرایند چه مقدار انرژی به فضای خالی می دهد، جواب بسیار اشتباه بدست می آمد. عدد ![]()
بار بزرگتر از عدد محاسبه شده بدست آمد. این خیلی سخت است که پاسخ به این بدی بدست آید. بنابراین راز ادامه یافت. توضیح دیگری برای انرژی تاریک این است که آن یک نوع جدید از میدان یا شارۀ انرژی دینامیک می باشد، چیزی که تمام فضا را پر می کند اما چیزی که اثر آن بر انبساط عالم مخالف اثر ماده وانرژی عادی بر انبساط عالم است. بعضی از نظریه پردازان این را "اتر" نامیده اند که این پیرو عنصر پنجم فیلسوفان یونانی بوده است. اما اگر اتر پاسخ است ، ما هنوز نمی دانیم که آن شبیه چیست، با چه چیز برهمکنش می کند، یا چرا وجود دارد. بنابراین راز ادامه دارد. آخرین امکان این است که نظریۀ گرانش انیشتن درست نیست . این مسأله تنها بر روی انبساط عالم تأثیر نمی گذارد، بلکه همچنین روشی که مادۀ معمولی در کهکشانها وخوشه های کهکشانی رفتار می کرده را نیز متأثر می کند این حقیقت روشی راکه برای تصمیم گیری اینکه آیا داخل مسأله انرژی تاریک، یک نظریۀ گرانشی جدید هست یا خیر رافراهم می آورد، ما می توانیم مشاهده کنیم که چگونه کهکشانها دریک خوشه کنار هم جمع می شوند ، اما اگر مشخص شود یک نظریۀ جدید گرانشی لازم است، آن نظریۀ جدید چه نوع نظریه ای خواهد بود ؟ چگونه آن نظریه می تواند به درستی حرکت اجسام را منظومۀ خورشیدی را توضیح دهد، همان گونه که می دانیم نظریۀ انیشتن این کار رامی کند و کماکان پیش بینی متفاوتی که مورد نیاز می باشد را برای جهان انجام دهد؟ نظریه های کاندید وجود دارند، اما هیچ یک متقاعد کننده نیستند. بنابراین راز ادامه می یابد.
چیزی که لازم است تا درمورد امکانهای مختلف انرژی تاریک تصمیم گیری شود – یک ویژگی فضا، یک شارۀ دینامیک جدید، یا یک نظریۀ جدید گرانش – داده های بیشتر وبهتر می باشد.
1-انرژی تاریک جهان- جهان در حال انبساط
این دیاگرام تغییرهای آهنگ انبساط از تولد جهان در 15 میلیارد سال پیش را نشان می دهد. هرچه منحنی کم عمق تر می شود، آهنگ انبساط سریع تر می شود. منحنی به طور قابل ملاحظه ای حدود 5 /7 میلیارد سال پیش، زمانی که اجسام موجود در جهان شروع به پرواز و دور شدن از هم با سرعت بیشتر می کنند، تغییر می کند. ستاره شناسان اینگونه نظریه دادند که سرعت انبساط بیشتر ناشی از یک نیروی تاریک ورازآلود است که کهکشانها را می خواهد از هم جدا کند.
خوشه کهکشانی کوتولۀ برساوش
این چهارکهکشان کوتوله قسمتی از یک سرشماری کهکشان های کوچک در قلب پرآشوب مجاور خوشۀ کهکشانی برساوش می باشد. کهکشانها صاف ومتقارن به نظر می رسند، که این نشان دهندۀ این است که آنها به صورت جذرومدی توسط کشش گرانش در محیط خوشۀ چگال توزیع نشده اند. کهکشانهای بزرگتر اطراف آنها، به هرحال، درحال شکافته شدن توسط کشش گرانشی سایر کهکشانها می باشند.
بافراهم شدن یک مدل نظری از ترکیب جهان که از مجموعۀ مرکب از رصدهای کیهانی بدست آمده، دانشمندان در مورد ترکیب جهان به نتیجۀ گفته شده، یعنی 70 درصد انرژی تاریک 25 درصد مادۀ تاریک و5 درصد مادۀ معمولی، رسیده اند.
مادۀ تاریک چیست؟
ما بیشتر از آنچه که ما آنچه که مادۀ تاریک می باشد و اینکه مادۀ تاریک چیست اطمینان نداریم .ابتدا باید بدانیم که آیا مادۀ تاریک، تاریک است، یعنی اینکه این ماده به شکل ستاره ها وسیاره ها که ما می بینیم نیست. رصدها نشان می دهد که مقدار ماده مرئی رصد شده در جهان خیلی کم تر از آن است که 25 درصد مادۀ مورد نیاز که با رصدها مشخص شده را فراهم آورد. دوم اینکه مادۀ تاریک به شکل ابرهای تاریک از مادۀ معمولی نیست، ماده ای که از ذراتی به به نام باریون ساخته شده است ما می دانیم این بدین دلیل است که ما قادریم تا ابرهای باریونی را توسط جذب تابشی که از آنها عبور می کند تشخیص دهیم. سوم اینکه مادۀ تاریک پادماده نیست چون ما پرتوهای گامای یکتا را که زمانی که پادماده با ماده نابود می شود را نمی بینیم. نهایتاً، ما می توانیم سیاهچاله ای به اندازۀ کهکشان رابه پایۀ اینکه چه تعداد عدسیهای گرانشی می بینیم غیر متحمل بشماریم. تجمع های بالای مادۀ نوری که از نزدیکی آنها می گذردرا نسبت به اشیای دورتر خم می کنداما ما پیده های تحدبی کافی ندیده ایم تا نشان دهد چنان اشیایی 25 درصد سهم مادۀ تاریک مورد نیاز را می سازند.
به هر حال در اینجا هنوز امکان های کمی از مادۀ تاریک وجود دارند که ماندنی هستند. ماده با ریونی هنوز می تواند مادۀ تاریک بسازد اگر تمام آن بار کوتوله های قهوه ای یا با تکه های چگال وکوچک عنصرهای سنگین همبسته باشند. این امکانها به صورت اشیای هاله ای فشرده یا (MACHO) شناخته شده اند. اما معمولترین دید این است که مادۀ تاریک اصلاً باریونی نیست، اما مادۀ تاریک از سایر چیزها ساخته شده که شامل ذرات مرموزتر شبیه اکسیونها یا ویمپها (WIMPS) (ذرات پرجرم با برهمکنش ضعیف) می باشد.
آبل 2744 – خوشۀ پاندورا آشکار شد
یکی از پیچیده ترین وهیجان انگیزترین برخوردهای بین خوشه های کهکشانی که تا به حال دیده شده است در این تصویر مرکب جدید از آبل 2744 مشخص شده . رنگ آبی یک نقشه ازکل تمرکز جرم را نشان می دهد(بیشتر آن مادۀ تاریک است.)