مادهی معمولی یا «مادهی باریونی» (Baryonic Matter)، از ذراتی به نام باریون تشکیل شده که عمدتاً شامل پروتونها و نوترونها هستند (اما نه الکترونها). این همان مادهای است که دنیای ما و بدن ما را شکل میدهد. بر اساس مدل استاندارد کیهانشناسی موسوم به لامبدا-CDM، ماده باریونی تنها ۵٪ از کل محتوای جهان را تشکیل میدهد، در حالی که ماده تاریک ۲۷٪ و انرژی تاریک ۶۸٪ باقیمانده را شامل میشوند.
اما مشکلی وجود دارد: حدود یکسوم از این مادهی باریونی گم شده و تاکنون شناسایی نشده است. مدل ΛCDM تنها در صورتی اعتبار دارد که این ماده واقعاً وجود داشته باشد. چون این مدل بسیاری از پدیدههای کیهانی را با دقت بالا پیشبینی میکند، دانشمندان در سالهای اخیر تلاش زیادی کردهاند تا مادهی گمشده را بیابند — و بهنظر میرسد سرانجام موفق شدهاند.
مادهی پنهان در تارهای کیهانی
(اعتبار تصویر: ESA. تحت مجوز استاندارد ESA)
مدلهای کیهانی پیشبینی میکنند که این ماده گمشده در ساختارهایی رشتهمانند موسوم به فیلامانها (filaments) میان نواحی چگال کیهان پنهان شده است. پیش از این، اخترشناسان چنین رشتههایی را رصد کرده بودند، اما بهدلیل ضعف سیگنال و پسزمینهی شلوغ، تصویری واضح از آن نداشتند. این ماده بهشکل گاز میانکهکشانی گرمـداغ (WHIM) وجود دارد — گازی با دمایی تا ۱۰ میلیون درجه که در آن وضعیت، پرتو ایکس منتشر میکند.
اما تشخیص پرتو ایکس این گازها دشوار است، چون منابع دیگری همچون سیاهچالههای پرجرم هم پرتو ایکس ساطع میکنند. اکنون، در پژوهشی جدید که در نشریهی Astronomy and Astrophysics منتشر شده، پژوهشگران توانستهاند با استفاده از دو تلسکوپ پرتو ایکس یک رشته از مادهی گمشده را شناسایی کنند.
در پنل سمت چپ، کهکشانهای طیفسنجیشده و مرکز خوشههای کهکشانی بهترتیب با نقاط سیاه و زرد بزرگ نمایش داده شدهاند. ستون فقرات مرکزی رشته با رنگ قرمز مشخص شده که شناسایی آن برای برآورد هندسه و طول رشته، بسیار حیاتی است.
در پنل سمت راست، نقاط سیاه نشاندهندهی مرکز خوشههای پرتو ایکس هستند.
(اعتبار تصویر: Migkas و همکاران، ۲۰۲۵. نشریه Astronomy and Astrophysics)
عنوان این مقاله چنین است:
«شناسایی تابش خالص WHIM از یک رشته ۷٫۲ مگاپارسکی در خوشهی ابرشاپلی با استفاده از طیفسنجی پرتو ایکس»
نویسندهی اصلی، کنستانتینوس میگکاس از رصدخانه لیدن در هلند است.
به گفتهی پژوهشگران:
«شبیهسازیهای کیهانی نشان میدهند که بیشتر مادهی باریونی گمشده در رشتههای کیهانی و بهشکل گاز میانکهکشانی گرمـداغ (WHIM) وجود دارد. این گاز پرتو ایکس ضعیف و ملایمی از خود ساطع میکند و تشخیص آن بسیار دشوار است.»
ردیابی یک رشته کیهانی در ابرخوشه شاپلی
برای موفقیت در شناسایی این رشتهها، تیم پژوهشی از دو تلسکوپ با ویژگیهای متفاوت استفاده کرد:
- Suzaku (ژاپنی)، برای نقشهبرداری گسترده
- XMM-Newton (متعلق به آژانس فضایی اروپا)، با دقت زاویهای بالا برای حذف نویزها و منابع مزاحم
تمرکز آنها بر رشتهای در ابرخوشه شاپلی بود — بزرگترین مجموعهی کهکشانی گرانشیشدهی شناختهشده در جهان، در فاصلهی ۶۵۰ میلیون سال نوری. این رشته بین دو جفت خوشهی کهکشانی A3530/32 و A3528-N/S قرار دارد.
از آنجا که بسیاری از منابع دیگر نیز پرتو ایکس ساطع میکنند (مانند سیاهچالهها)، لازم بود ابتدا اثر آنها حذف شود. XMM-Newton توانست این «آلودگیهای کیهانی» را شناسایی و حذف کند.
فلوریان پاکو، نویسنده همکار از دانشگاه بن آلمان، میگوید:
«با کمک XMM-Newton توانستیم این منابع مزاحم را حذف کنیم، بنابراین مطمئن بودیم که فقط گاز رشته را میبینیم. نتایج ما دقیقاً با پیشبینیهای بهترین شبیهسازیهای ساختار بزرگ کیهان مطابقت دارد.»
یافتهها: جرم، دما و ساختار
آنها اندازهی رشته را ۷٫۲ مگاپارسک (معادل ۲۳٫۵ میلیون سال نوری) محاسبه کردند — با اینکه این رشته بسیار بزرگ است، در مقیاس کیهانی رشتهای کوتاه محسوب میشود.
طیفسنجی، تابش گاز WHIM را در دو ناحیهی مجزا از این رشته آشکار کرد و به آنها امکان داد تا دما، چگالی گاز و جرم کل رشته را محاسبه کنند. طبق یافتهها، این رشته حدود ۱۰ برابر کهکشان راه شیری جرم دارد.
«یافتههای ما بهخوبی با ویژگیهای ترمودینامیکی فیلامانها در شبیهسازیهای کیهانی همخوانی دارد.»
میگکاس، سرپرست پژوهش، میگوید:
«برای نخستینبار، نتایج ما کاملاً با مدل پیشرو کیهان تطابق دارد — چیزی که تاکنون سابقه نداشت. بهنظر میرسد شبیهسازیها از ابتدا درست بودهاند.»
در جمعبندی مقاله آمده است:
«روش دقیق ما برای حذف آلودگی ناشی از هستههای کهکشانی فعال (AGN) باعث شد تابش خالص WHIM از خود رشته را ردیابی کنیم، در حالیکه مطالعات پیشین ممکن بود تحت تأثیر تابش باقیمانده از هالهها و منابع نقطهای قرار بگیرند.»
تأیید مدل استاندارد کیهان و موفقیت همکاری علمی
(اعتبار تصویر: Illustris TNG / ESA)
نوربرت شارتل، دانشمند پروژهی XMM-Newton از آژانس فضایی اروپا، میگوید:
«این پژوهش نمونهای عالی از همکاری میان تلسکوپهاست و استانداردی جدید برای تشخیص نور رشتههای کمفروغ شبکهی کیهانی ایجاد کرده است. مهمتر از آن، این پژوهش مدل استاندارد کیهان را تقویت میکند و دههها شبیهسازی را تأیید مینماید — بهنظر میرسد مادهی گمشده واقعاً در تارهای ناپیدای جهان پنهان شده باشد.»