کشف یک کهکشان بدون ماده تاریک دانشمندان را گیج‌ کرده است

شناخت و درک ما از نحوه تکامل کیهان ممکن است درست نباشد؛ چنانکه کشف یک کهکشان عظیم که به نظر می‌رسد فاقد ماده تاریک است، دانشمندان را درباره درست بودن دانسته‌های کیهان‌شناسی امروز به شک انداخته است.

به گزارش اسپیس، دانشمندان به‌تازگی دریافته‌اند که کهکشان «ان‌جی‌سی ۱۲۷۷» در خوشه کهکشانی برساووش، فاقد ماده تاریک است. این کهکشان با اندازه تقریبا مشابه کهکشان راه شیری که در فاصله ۲۴۰ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد، نخستین توده از ستارگان، سیارات، غبار و گاز محسوب می‌شود که فاقد ماده تاریک است.

ماده تاریک موجودیتی ناشناخته از ماده موجود در گیتی است که حدود ۸۵ درصد عالم را تشکیل می‌دهد.

سباستین کومرون، پژوهشگر دانشگاه لا لاگونا و سرپرست تیم تحقیقاتی که این موضوع را کشف کرد، می‌گوید: «این نتیجه با مدل‌های کیهانی پذیرفته‌‌شده کنونی که شامل ماده تاریک است، همخوانی ندارد.»

ماده تاریک در واقع نامرئی و مشاهده‌ناپذیر است و مانند ماده عادی که ستارگان، سیارات و خود ما را تشکیل می‌دهند، نیست و برهم‌کنشی با نور ندارد و وجود آن را تنها می‌توان از طریق بر‌هم‌کنش‌های گرانشی آن استنباط کرد. وجود ماده تاریک نخستین بار زمانی طرح شد که اخترشناسان مشاهده کردند کهکشان‌های عظیم با چنان سرعتی می‌چرخند که اصولا باید از هم بپاشند. مگر آنکه پای ماده‌ای نامرئی در میان باشد که اجزای آن‌ را کنار یکدیگر نگه می‌دارد.

این واقعیت سبب شد دانشمندان این نظریه را طرح کنند که همه کهکشان‌های عظیم در پوششی از ماده تاریک پیچیده شده‌اند و این فرض به یک فرض مهم در توسعه نظریه‌های تکامل کهکشانی تبدیل شد. اما اینک کشف کهکشانی که به نظر می‌رسد فاقد ماده تاریک است، این فرض را به چالش کشیده است.

کهکشان منزوی و تنها

ان‌جی‌سی ۱۲۷۷ یک عتیقه کیهانی محسوب می‌شود و شبیه کهکشان‌های دیگر نیست. دلیل آن هم این است که این کهکشان تعامل کمی با دیگر کهکشان‌های پیرامونش داشته است.

کهکشان‌هایی از این دست بقایای کهکشان‌های غول پیکری به شمار می‌روند که در کیهان اولیه وجود داشته‌اند. به این ترتیب، بررسی این کهکشان‌های باقی‌مانده به اخترشناسان بسیار کمک می‌کند تا چگونگی شکل‌گیری اولین کهکشان‌ها را درک کنند.

کومرون و همکارانش به همین منظور، با استفاده از ابزاری به نام «طیف‌سنج میدان یکپارچه» به مشاهده کهکشان ان‌جی‌سی ۱۲۷۷ پرداختند. این به آن‌ها امکان داد حرکت این کهکشان را نقشه‌برداری کنند و جرم آن و نحوه توزیع جرمش را هم تعیین کنند.

بررسی‌ دانشمندان نشان داد که توزیع جرم کلی ان‌جی‌سی ۱۲۷۷ با در نظر گرفتن وجود ماده تاریک، به همان میزان توزیع جرمی است که این سیاره از مواد معمولی یعنی ستارگان، غبار، گاز و سیارات تشکیل شده باشد.

این بدان معنا است که محتوای ماده تاریک درون شعاع کهکشان هرچه باشد بیش از پنج درصد نیست. در عین حال، این فرض که این کهکشان به‌کلی فاقد ماده تاریک است، سازگاری بهتری با مشاهدات و یافته‌ها دارد.

این نتیجه شگفت‌آور است؛ چرا که مدل‌های کنونی درباره تکامل کیهان از جمله مدل استاندارد کیهان‌شناسی، پیشنهاد می‌کنند که کهکشانی مانند ان‌جی‌سی ۱۲۷۷ اصولا باید از ۱۰ تا ۷۰ درصد ماده تاریک تشکیل شده باشند.

ایگناسیو تروخیلو، عضو این تیم پژوهشی و پژوهشگر دانشگاه لالاگونا، می‌گوید: اختلاف میان مشاهدات و آنچه ما انتظار داریم، یک معما و چه بسا حتی یک چالش برای مدل استاندارد به شمار می‌رود.

ماده تاریک این کهکشان کجا رفته است؟

دانشمندان درباره اینکه چرا کهکشان ان‌جی‌سی ۱۲۷۷ کمبود ماده تاریک دارد، نظرات مختلفی دارند. آنا فر ماتئو، عضو این تیم پژوهشی و پژوهشگر دانشگاه لالاگونا، بر این باور است که ماده تاریک در این خوشه کهکشانی که این کهکشان در آن قرار دارد، از بین رفته است.

دیدگاه دیگر این است که ماده تاریک زمانی از این سیستم بیرون رانده شد که این کهکشان شکل گرفت و شکل‌گیری این کهکشان هم به این منوال بود که قطعات و اجزای پیش‌کهکشانی با هم ادغام شدند و از این طریق، کهکشان عتیقه و باستانی ان‌جی‌سی ۱۲۷۷ پدید آمد.

این تیم پژوهشی از هیچ یک از این توضیحات رضایت کامل ندارد و از این رو به کمک تلسکوپ ویلیام هرشل (دابلیو‌اچ‌تی) در رصدخانه «روکه دو لس موچاچوس» در جزیره قناری لا پالما به رصد کهکشان ان‌جی‌سی ۱۲۷۷ ادامه خواهد داد.

دانشمندان بر این باورند که وجود ماده تاریک حتی اگر پژوهش‌های آتی تایید کنند که این کهکشان باستانی فاقد ماده تاریک است، به‌کلی به چالش کشیده نخواهد شد. برعکس، این تیم پژوهشی معتقد است که در صورت اثبات چنین چیزی، این مدل‌های جایگزین مدل ماده تاریک نظیر مدل دینامیک نیوتونی اصلاح‌شده (MOND) خواهند بود که به چالش کشیده می‌شوند.

تروخیلو می‌گوید: اگرچه ماده تاریک در یک کهکشان خاص ممکن است از بین برود، قانون گرانش اصلاح‌شده باید جهان‌شمول باشد و نمی‌تواند استثناهایی داشته باشد. از این رو یک کهکشان بدون ماده تاریک رد وجود ماده تاریک نیست، بلکه بیشتر مدل‌‌های جایگزین مدل ماده تاریک را با چالش روبرو می‌کند.

کومرون می‌گوید برای به دست آوردن پاسخ‌های قطعی باید منتظر ماند. به گفته او، «معمای چگونگی شکل‌گیری یک کهکشان عظیم بدون ماده تاریک همچنان حل‌نشده باقی مانده است».

نتایج تحقیقات این تیم پژوهشی در مجله «آسترونومی اند آستروفیزیکز» منتشر شده است.