گامی دیگر در حل معمای ماده تاریک
نتیجه‌ی بررسی پرتو‌ها‌ی X گـسیل‌شده از یک خوشه‌ی کهکشانی، می‌تواند به دانشمنـدان در حــل معمــا‌یی
که دهه‌ها با آن درگــیر بوده‌اند، یعنی معمـا‌ی ماهیت مـادهی تاریک کمـک کند. ایـن داده‌ها‌ی جدید، تعــدادی از
مشاهدات آزمایشگاه پرتو X ناسا به نام چاندرا را که توســط یـک تلسـکوپ پرتو X ژاپنی به دسـت آمـده اسـت
توضیح می‌دهد. اگر این توضیحات توسـط مشاهـدات آینده تأیید شـوند، قـدم مهمی در فهم ماهیـت این مـادهی
مرموز و نامرئــی که ۸۵٪ از کــل جهـان را تشــکیل می‌دهد، برداشته خواهــد شد. به گفته‌ی رهــبر این پــروژه،
جوزف کونلن از دانشگاه آکسفورد:
از نظر ما این داده‌ها می‌توانند بسیار مهم یا بر‌عکس، کاملا بی‌ارزش باشند.
به نظر من زمانی که به دنبال پاسخ یکی از بزرگ‌ترین سؤالات علم هستید،
هیچ قطعیتی وجود ندارد.
داستان این کار زمانی آغاز شد کـه در سـال ۲۰۱۴ گروهـی از منجمـان به رهـبری اسـرا بالبول که خوشــه‌ی
کهکشــانی پرسیوس را بررسـی می‌کــردند، در طیـف انـرژی مشاهـده‌شده توسـط تلسـکوپ XMM-Newton
در چاندرا یک تیزی غیرمعمول را مشاهده کردند.
انرژی این خط گسیلی مشاهده‌شـده، ۳.۵ کیلــو الکترون‌ولت (KeV) گـزارش شـد. منجمـان نمـی‌دانستند ایـن
خط را به چه چیزی نسبت بدهند. از آن‌جایی که این خط به هیچ جرم کیهانی معمولـی دیگـری تعلـق نداشـت،
پیشنهـاد دانشمنـدان، نسبت دادن ایـن خـط انــرژی به مـادهی تاریک بـود. بالبول و همکــارانـش، مشــاهـده‌ی
خط ۳.۵ Kev را در بررسی ۷۳ خوشـه‌ی کهکشـانی دیگر، باز هم به‌وسیله‌ی تلســکوپ XMM-Newton گـزارش
کردند.
پس از گذشت یک هفته از انتشار مقاله‌ی تیم بالبول، گروه دیگری به رهبری الکسی بویارسکی، از دانشگاه
لایـدن، مشـاهـدات خود را از خـط طیفی ۳.۵ KeV توسـط تلسـکوپ XMM-Newton در بررسـی کهکشـانM31 و
قسمت‌ها‌یی از خوشه‌ی کهکشانی پرسیوس گزارش و نتایج بالبول و همکارانش را تأیید کردند.
با این حال نتایج این دو گروه، بسیار بحث‌بر‌انگیز هستند؛ چرا که پس از آن گروه‌ها‌ی دیگری از منجمـان، هنگـام
بررسی کهکشان‌ها خط طیفی ۳.۵ KeV را مشاهده کردند و تعدادی از آن‌ها، مشاهده نکردند. در سـال ۲۰۱۶،
زمانی که خوشه‌ی کهکشانی پرسیوس توســط تلسـکوپ هیتـومی بررسـی شد، اختلافـات پیش‌آمده بسیـار
بیش‌تر شد. چرا که خط طیفی ۳.۵ KeV در داده‌ها‌ی هیتومی دیده نشد. تلسکوپ هیتـومی، بـرای مشاهـده‌ی
جزئیات خطوط طیفی پرتو X اجرام کیهانی طراحی و ساخته شـده است. به‌گفته‌ی فرانسسـکا دی از دانشـگاه
آکسفورد:
ممکن است بعضی‌ها تصور کنند که چون خط طیفی ۳.۵ KeV توسط Hitomi مشاهده نشد،
باید همه چیز را در مورد مشاهدات قبلی از این خط طیفی دور بریزیم. درحالی‌که این تازه
شروع یک معمای جدید در راه کشف ماهیت ماده‌ی تاریک است.
کونلون و همکارانش متوجه شـدند کـه تصـاویر تلسـکوپ هیتومی مبهم‌تر از تصـاویر تلسـکوپ چـاندرا بوده‌انـد و
داده‌ها‌ی به‌دست‌آمده از خوشه‌ی کهکشانی پرسیوس، در واقع، ترکیبی از پرتو‌هـا‌ی X گسیل‌شـده از دو منبـع
هستند: ترکیبات پراکنده از گاز‌ها‌ی بسیـار داغـی که اطراف کهکشـان را گرفته‌اند و دیگـری تابش‌ها‌ی پرتو X از
یک سیاهچاله‌ی پرجرم در این کهکشان. تصاویر واضح‌تر چاندرا، این دو منبع را کاملا از یکدیگر متمایز می‌کند.
تیـم بالبول بـرای حــل مشکل این دو منبع، داده‌ها‌ی مربوط به این منابع را به‌صـورت نقاط تاریـک از تصـاویر خـود
حذف کردند.
بــرای بررسـی دقیق‌تر این مشـکل، تیم آکسـفورد بار دیـگر داده‌هــا‌ی چـاندرا در نزدیکـی این سیاهچاله در سال
۲۰۰۹ را بررسی کردند. نتایج به‌دسـت‌آمـده بسیـار حیرت‌آور بود. آن‌هـا مشاهـده کـردند که خـط طیفی ۳.۵ KeV
جذب می‌شود. ایـن یعنی مــاده‌ای در کهکشــان پرسیوس، دقیقا این خــط طیفــی را در ناحــیه‌ی پــرتو X جـذب
می‌کند. زمانـی که پژوهـش‌گـران طیف مشـاهده‌شده توسـط هیتومـی را با اضـافه کـردن این خط طیفی جـذبی
به خطوط مربوط به گاز داغ و اضافه کردن خط گسیلی مربوط به این انرژی به طیـف گسـیلی مربـوط به تلسـکوپ
XMM-Newton چاندرا، شبیه‌سازی کردند، در طیف حاصل از این جمع‌زنی، هیچ اثری از خط گسـیلی و یا جـذبی
پرتو X در انرژی ۳.۵ KeV مشاهده نکردند.
مسئله این است که بتوانیم این نتایج را تفسیر کنیم: مشاهده‌ی خط جذبی پرتو X ناشی از سیاهچاله‌ی مرکـز
کهکشـان پرسیوس، مشـاهـده‌ی خط گسیلـی پرتو X ناشـی از گاز‌هـا‌ی داغ اطــراف کهکشــان؛ کمـی دور‌تـر از
سیاهچاله.
در حقیقت، این رفتار از طبیعت، برای منجمانی که ابر‌ها و گاز‌ها‌ی میان‌سـتاره‌ای را توسـط تلسـکوپ‌ها‌ی اپتیکی
بررسی می‌کنند، ناشناخته نیست. نور ساطع‌شده از ستاره‌ای که توسط هالـه‌ای از گـاز داغ احـاطه شده است،
به‌صورت خطوط جذبی مشاهده می‌شود. چرا که تعدادی از خطوط طیفی، توسـط اتم‌ها‌ی گـاز جــذب می‌شوند.
فرایند جذب، اتم‌ها را از حالت پایه‌ی انرژی به حالت برانگیخته منتقل می‌کند. بلافاصـله اتم از حـالت برانگیخته به
حالت پایه بازمی‌گردد و فوتونی با انرژی متناسب با همان تراز گسـیل می‌کند. امـا فـوتون گسـیل‌شده دوبـاره در
تمامی جهت‌ها جـذب می‌شـود و به این گـونه، این خـط از خطـوط طیفی در بیناب نگاشته‌شـده از سـتاره، دیـده
نمی‌شود. در مقابل، مشاهـده‌ی طیف یک ابر گـازی در فاصله‌ی دور از ستاره، خطوطی را نشان می‌دهـد که ابر
گازی دوباره آن‌ها را گسیل کرده است و به آن طیف گسیلی گفته می‌شود.
تیم آکسفورد گزارش کرد که ذرات ماده‌ی تاریک مـی‌توانند شـبیه به اتم‌هـا‌ی مـادهی معمـولی باشـند؛ بـا ایـن
تفـاوت که دو تراز انـرژی دارنـد که خط ۳.۵ KeV آن‌هـا را از یکـدیگر جدا می‌کند. اگـر این‌گونه باشد، خـط جذبی
۳.۵ KeV را می‌توان در زوایای نزدیـک سیاهچـاله مشاهـده کـرد. همچنین خط گسیلـی این انـرژی را مـی‌توان
دور‌تر از سیاهچاله و نزدیک ابر گازی مشاهده کرد.
به گفته‌ی نیکولاس جنینگز از آکسفورد:
این تصویر ساده‌ای برای ترسیم کردن نیست. اما ممکن است راهی پیدا کنیم که هم بتوانیم
سیگنال‌ها‌ی X رسیده از پرسیوس را تفسیر کنیم و هم ربط آن به ماده‌ی تاریک را بفهمیم.
برای نوشتن قسمت بعـدی این مقـاله، منجمـان باید مشاهدات بیش‌تری از خوشه‌ها‌ی کـهکشانی شبیه به
پرسیوس داشته باشند.
مقاله‌ی کوتاهی در مورد نتایج این پژوهش‌ها در ۱۹ دسامبر ۲۰۱۷ در Physical Review منتشر شد.
منابع : www.zoomit.ir
