برخورد غول‌آسا: جداسازی ماده تاریک از ماده معمولی

ماده تاریک موضوعی اسرارآمیز و فریبنده است. این مفهوم عجیبی است و ما واقعاً نمی‌دانیم که واقعاً چیست. یکی از قوی‌ترین شواهد مبنی بر اینکه ماده تاریک یک ذره است، از برخوردهای کیهانی ناشی می‌شود. این برخوردها عمدتاً زمانی اتفاق می‌افتند که خوشه‌های کهکشانی مانند خوشه گلوله معروف با هم در تعامل باشند. عدسی گرانشی نشان می دهد که چگونه جزء ماده تاریک از گاز و غبار در خوشه جفت می شود، اما اکنون، اخترشناسان یک برخورد خوشه کهکشانی دیگری پیدا کرده اند، اما متفاوت است و برخورد را از زاویه ای جدید نشان می دهد.

ماده تاریک اولین بار در دهه ۱۹۳۰ توسط ستاره شناس سوئیسی فریتز زویکی که خوشه کما را مشاهده کرد، صحبت شد. مشاهدات نشان داد که کهکشان‌های این خوشه سریع‌تر از آنچه که تنها با جرم مرئی توضیح داده می‌شود، حرکت می‌کنند. زویکی وجود نوعی ماده نادیده به نام ماده تاریک را پیشنهاد کرد که بر روی کهکشان ها اثر گرانشی داشت. در دهه ۱۹۷۰، زمانی که مشاهدات کهکشان های مارپیچی نشان داد که سایر مناطق با همان سرعت نواحی داخلی می چرخند، شواهد بیشتری ظاهر شد. مجدداً، مقداری ماده غیرقابل مشاهده را پیشنهاد کرد که ستارگان کهکشان ها را احاطه کرده است. با این حال، ماده تاریک هنوز به طور مستقیم مشاهده نشده است، که عمدتاً به دلیل عدم تعامل کامل آن با ماده عادی است.

خوشه‌های کهکشان یکی از پدیده‌هایی هستند که به نظر می‌رسد ماده تاریک تأثیر قابل‌توجهی دارد. کهکشان های جزء تحت نیروی گرانش به یکدیگر متصل شده اند. وقتی خوشه‌های کهکشانی و مقدار ماده‌ای را که به نظر می‌رسد کاوش می‌کنیم، تنها حدود ۱۵ درصد آن از ماده معمولی است. در مورد کهکشان ها، این بیشتر در حالت گاز داغ است، اما بقیه از ستارگان، سیارات و حتی انسان ها تشکیل خواهند شد! بنابراین ۸۵ درصد باقیمانده باید ماده تاریک باشد.

مشاهدات اخیر از برخورد خوشه هایی که مجموعاً با نام MACS J0018.5+1626 شناخته می شوند، نشان می دهد که کهکشان های منفرد تا حد زیادی آسیب ندیده اند. در خوشه‌های کهکشانی فاصله بین کهکشان‌ها بسیار زیاد است، اما اجزای گاز متلاطم و فوق‌گرم شده‌اند. معمولاً چنین رویدادهایی از طریق تأثیرات گرانشی و الکترومغناطیسی از ماده عادی آشکار می شوند، اما ماده تاریک فقط از طریق گرانش برهمکنش می کند.

رصدخانه Submilimeter از Caltech، رصدخانه Keck در Mauna Kea، رصدخانه پرتو ایکس چاندرا، تلسکوپ فضایی هابل، رصدخانه فضایی هرشل و رصدخانه پلانک همگی بخشی از این پروژه بودند که برخورد MACS J0018.5+1626 را مشاهده می کردند. تفکیک یا جدا شدن ماده تاریک و ماده عادی در چنین برخوردهایی قبلاً در خوشه گلوله دیده شده است. در این رویداد، گاز داغ و ماده معمولی با عبور خوشه ها از یکدیگر، از ماده تاریک عقب ماندند. MACS J0018.5+1626 یکسان است و با تاخیر مشابهی بین ماده معمولی و تاریک است. MACS J0018.5+1626 با این حال جهت گیری کمی متفاوت دارد و نمای منحصر به فردی را در مورد این نوع رویداد ارائه می دهد.

برای تلاش برای درک این فرآیند، تیمی از محققان از روشی به نام اثر جنبشی-سونایف-زلدوویچ (تحریف طیفی پس‌زمینه مایکروویو کیهانی از طریق پراکندگی معکوس کامپتون) استفاده کردند. این اولین بار نیست که این اثر رخ می‌دهد. با این حال، تیمی از ستاره شناسان آن را در خوشه ای به نام MACS J0717 شناسایی کردند. از آن زمان تاکنون مشاهدات متعددی از این اثر انجام شده است که به ستاره شناسان اجازه می دهد سرعت گاز و ماده معمولی را اندازه گیری کنند. اندازه گیری سرعت کهکشان ها امکان کسر سرعت ماده تاریک را نیز فراهم می کند.

امید است که مطالعات آینده سرنخ های بیشتری را در مورد ماهیت ماده تاریک نشان دهد. مشاهدات MACS J0018.5 + 1626 و قبلاً خوشه گلوله نقطه شروع خوبی را ارائه کرده است، اما نیاز به رصد های دقیق تری دارد.