رازی از جرم

اغلب "چیزها" (اجرام) در عالم، همانگونه که ستاره ها می درخشند، نمی درخشند

سینکلر اسمیت (Sinclair Smith) و فریتز زویخی (Fritz Zwicky) ستاره شناسانی بودند که ساعت های زیادی را صرف کار با تلسکوپی کردند، تا از یک گروه کهکشان های دور که "خوشه کما" نامیده می شوند. عکس بگیرند. آنها چگونگی حرکت صدها کهکشان را، که از طریق خوشه کما انجام می شود را بررسی کردند. آنها همچنین، فکر می کردند که این خوشه خیلی پیر است. برای گروهی از کهکشان ها که برای مدت مدیدی با هم بوده اند، هر کدام از کهکشان ها باید کشش کافی برای ماندن در کنار یکدیگر در این گروه را داشته باشند.
اما اسمیت و زویخی چیزهای بسیار عجیبی کشف کردند: کهکشان ها گروهی می سازند که بسیار سریع حرکت می کنند و بر این اساس، باید از یکدیگر جدا شوند و اصلاً در یک گروه نمی توانند بمانند!

این قضیه مثل پرتاب توپی در هواست. هنگامی که شما توپی را به بالا می اندازید، به پایین برمی گردد، مگر اینکه شما آن را با سرعتی بیش از 25000 مایل در ساعت به هوا بیندازید، اگر شما بتوانید توپ را با آن سرعت پرتاب کنید، توپ می تواند از جاذبه زمین فرار کند و هرگز باز نخواهد گشت. اگر جاذبه زمین قوی تر بود، شما باید با سرعت بیشتری توپ را پرتاب کنید تا از این جاذبه برهد. این مثل کهکشان هایی است که توسط اسمیت و زویخی مشاهد شد. آنها باید از یکدیگر جدا شده و در فضا پرواز می کردند، اما ماده ای نادیدنی باید جاذبه ای می افزود تا این گروه را در کنار یکدیگر حفظ کند. اما چطور چنین اتفاقی ممکن است؟ *
با ثبت دقیق میزان نوری که یک کهکشان ساطع می کند، منجمین می توانند یک حدس خوب درباره تعداد ستارگانی که در آن هستند بزنند. ستاره شناسان همچنین می دانند آن ستارگان چقدر جرم دارند. روی زمین، چیزهایی با جرم کم، مثل یک تیله، وزن کمتری دارند، از اجسامی با اجرام بسیار بزرگ، مثل یک کوه. بنابراین، چیزی که جرم بیشتری دارد، جاذبه بیشتری نیز دارد. پس، با قرار دادن این تکه های اطلاعات، منجمین می توانند مقدار جرم یک کهکشان را تعیین کنند.(1)
در واقع، این چیزی بود که اسمیت و زویخی و دیگر ستاره شناسان، توسط آن میزان جاذبه ای که یک کهکشان دارد را تعیین کردند. این روش خوبی است، اما هنگامی کارایی دارد که بیشتر ماده کهکشان را ستارگان درخشنده تشکیل داده باشند.
سپس برخی از منجمین، تمام اطلاعاتی که درباره جرم کهکشان و جاذبه اش دارند را در برنامه پیچیده کامپیوتری قرار می دهند. آنها با این کار می توانند بیشتر درباره کهکشان بدانند. بعد از مطالعه ی کهکشان های بسیار، توسط برنامه های کامپیوتری (و با ارتقای برنامه های کامپیوتری)، ستاره شناسان توانستند اسپین کهکشان ها و شکلشان را بفهمند.
اما در همه ی مطالعات و بررسی ها، منجمین به مشکل بزرگی رسیدند: برای اینکه "کهکشان های کامپیوتری" همانند کهکشان های واقعی عمل کنند، ستاره شناسان مجبور بودند جرم بسیار بیشتری به "کهکشان های کامپیوتری"دهند. این طور به نظر می رسید که جرم واقعی یک کهکشان حدود 10 برابر جرمی است که آنها برای افزودن به ستارگان درخشنده تعیین کرده بودند. چه اتفاقی در حال رخ دادن بود؟

مورد کوتوله های قهوه ای
 

ستاره شناسان تنها توانستند به یک نتیجه برسند: بیشتر مواد داخل و اطراف کهکشان، نور ساطع نمی کنند. اگر نور ساطع نکنند ( یعنی اینکه از ستارگان تشکیل نشده اند)، پس این ماده تاریک(2) نادیدنی، چه می تواند باشد؟ این یک سوال بسیار هیجان انگیز است، و ایده های بسیاری درباره اینکه پاسخ چه می تواند باشد، وجود دارد. شاید ماده تاریک از کوتوله های قهوه ای(3) بسیار بسیار زیادی تشکیل شده است.

سیاهچاله ها چطور؟

سیاهچاله ها(4) از خود نوری ساطع نمی کنند، پس آیا ماده تاریک می تواند از آنها ساخته شده باشد؟ یا از تعداد بسیار بسیار بسیار... زیادی ذرات بسیار ریزی که نوترینو(5) نامیده می شود؟ آنها نیز از خود نوری ساطع نمی کنند. شاید هم، این ماده نادیدنی از چیزی ساخته شده که هنوز آن را کشف نکرده ایم! هیچ کس هنوز جواب این "معمای جرم" را نمی داند. اما وقتی که روزی ما آن را بفهمیم، یک مسئله بزرگ را درباره جهانمان می دانیم.

پس دانشمندان چگونه متوجه می شوند که آن ماده در جایی است؟
 

- با مشاهده ی اثر جاذبه ماده تاریک بر اجسام دیگر، مثلاً ستاره ها.
به نقل از کتاب: اسرار علم
نویسنده: Jerome A.Luine
مترجم: م. حسینی

توضیحات:
 

* چطور می توانید از «مقدار نور» به «مقدار جرم» برسید؟
مقدار نوری که از یک کهکشان ساطع می شود... به ستاره شناسان می گوید... تعداد ستارگانی که در آن کهکشان هستند
تعداد ستارگانی که در آن کهکشان هستند...× مقدار جرمی که یکی از ستارگان دارد... = مقدار جرمی که در آن کهکشان است
1- یک بیلیون، هزار میلیون است. یک تریلیون هزار بیلیون است.
2- ماده تاریک، ماده ای ناشناخته است که دانشمندان فکر می کنند تمام عالم را پر کرده است. ماده تاریک، نور بسیار اندکی از خود منتشر می کند، یا اینکه اصلاً نوری از خود منتشر نمی کند، بنابراین هیچ منجمی در واقع آن را ندیده است (حداقل تا به حال).
3- یک کوتوله قهوه ای، شیء بسیار بزرگ و سیاره ای شکل است، که شبیه سیاره مشتری است. برخی مدارهای دور ستاره ها، و دیگران بوسیله خودشان دور آن شناورند. یک کوتوله قهوه ای از خودش نور قابل دیدن ساطع نمی کند. بنابراین، تاریک به نظر می رسد، مگر اینکه نور ستاره ای نزدیک به خود را منعکس کند.

4- نوترینوها ذرات بسیار ریزی از ماده هستند که نادیدنی اند و می توانند به راحتی از میان ماده جامد عبور کنند.

منبع: لذت فیزیک شماره20