کشف ماده نامرئی جهان با استفاده از انفجارهای سریع رادیویی

کشف ماده پنهان کیهان با انفجارهای سریع رادیویی

برای دهه‌ها، اخترفیزیک‌دانان با معمایی بزرگ در کیهان مواجه بودند: تقریباً نیمی از ماده معمولی یا باریونی در جهان مفقود به نظر می‌رسید. با این حال، دستاوردهای اخیر به شکل قابل توجهی این راز را روشن‌تر کرده‌اند. دانشمندان با دنبال کردن سیگنال‌های گذرا و قدرتمندی به نام انفجارهای سریع رادیویی (FRB)، اکنون موفق شده‌اند محل اختفای ماده گمشده کیهان را شناسایی کنند.

معمای ماده باریونی گمشده جهان

ماده معمولی یا باریونی از اتم‌هایی تشکیل شده که همه چیزهای قابل مشاهده را می‌سازد؛ از ستاره‌ها و سیارات گرفته تا کهکشان‌ها، غبار و گاز - حتی سیاهچاله‌ها و حیات. با این وجود، اخترشناسان متوجه شدند که تنها حدود نیمی از مقدار پیش‌بینی‌شده این ماده، بر اساس شواهد اولیه کیهانی مانند تابش زمینه کیهانی (پرتوی پس‌مانده انفجار بزرگ)، در اجرام قابل مشاهده و آشکار شناسایی شده است.

این اختلاف که به «مسئله ماده باریونی گمشده» معروف است، مربوط به تردید در وجود این ماده نبود، بلکه ناشی از ناآگاهی نسبت به محل آن بود. دکتر لیام کانر، اخترفیزیک‌دان مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین می‌گوید: «مسئله دیرینه ماده باریونی گمشده هرگز درباره وجود یا عدم وجود ماده نبود، بلکه همیشه پرسش این بود: کجاست؟ اکنون با استفاده از FRBها می‌دانیم که سه چهارم آن میان کهکشان‌ها و در رشته کیهانی پراکنده است.»

انفجارهای سریع رادیویی: فانوس‌های کیهانی در میان‌ستاره‌ای

انفجارهای سریع رادیویی، پالس‌هایی بسیار انرژی‌زا و بسیار کوتاه از امواج رادیویی هستند که تنها میلی‌ثانیه دوام دارند و از تمام نقاط آسمان ثبت می‌شوند. هرچند این پدیده‌ها به تازگی کشف شده‌اند، منشا دقیق FRBها همچنان یک راز است. بر اساس مدل‌های فعلی، این پالس‌ها ممکن است از "مگنتارها" یا ستاره‌های نوترونی فوق‌العاده مغناطیسی سرچشمه گیرند، اما تحقیقات در این زمینه ادامه دارد.

FRBها به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردشان ابزار ارزشمندی برای مطالعه ساختار کیهان به شمار می‌آیند. هر انفجار با عبور از ابرهای گاز یونیزه بین کهکشانی - همان ماده باریونی نامرئی برای تلسکوپ‌ها - به شکل ظریفی کشیده و تاخیر می‌یابد. با اندازه‌گیری این تاخیر در نمونه‌ای از FRBها با فاصله‌های مختلف در کیهان - برخی با قدمتی بیش از ۹ میلیارد سال - پژوهشگران قادرند میزان «مه» ماده بین راه را برآورد کنند.

دستاورد بزرگ: نقشه‌برداری از ماده پنهان کیهان

در مطالعه‌ای که به سرپرستی دکتر کانر انجام شد، داده‌های ۶۰ FRB برای یافتن نشانه‌هایی از برخورد با ماده باریونی بررسی شد. نتایج تحول‌آفرین بودند: حدود ۷۶ درصد از ماده معمولی جهان در مناطق پراکنده و وسیع بین کهکشان‌ها - محیط میان‌کهکشانی - و عمدتاً به شکل گاز هیدروژن قرار دارد. ۱۵ درصد دیگر این ماده در هاله‌های ماده تاریک اطراف کهکشان‌ها و خوشه‌هاست و تنها بخش کوچکی، شامل ستاره‌ها، گاز و غبار، داخل خود کهکشان‌ها جای گرفته است.

دکتر کانر می‌گوید: «FRBها مانند چراغ‌قوه‌های کیهانی هستند. آن‌ها از مه محیط میان‌کهکشانی عبور می‌کنند و با اندازه‌گیری دقیق میزان تاخیر نور، می‌توانیم این مه را حتی زمانی که با چشم دیده نمی‌شود، بسنجیم.»

پیامدها برای کیهان‌شناسی مدرن و پژوهش‌های آینده

این کشف نه تنها یکی از مهم‌ترین مشکلات اخترفیزیک را حل می‌کند، بلکه ابزاری قدرتمند برای نقشه‌برداری از ساختار و تکامل کیهان در اختیار اخترشناسان می‌گذارد. با مشخص شدن محل قرارگیری ماده باریونی، پژوهشگران می‌توانند روند شکل‌گیری کهکشان‌ها، تحول ساختارهای کیهانی و دگرگونی جهان را طی ۱۳.۸ میلیارد سال بهتر درک کنند.

دکتر ویکرام راوی از مؤسسه کلتک می‌گوید: «این یک پیروزی برای اخترشناسی مدرن است. اکنون به لطف FRBها ساختار و ترکیب جهان را از منظری تازه مشاهده می‌کنیم. این انفجارهای کوتاه به ما امکان می‌دهند ماده نامرئی که فضاهای میان کهکشانی را پر کرده ردیابی کنیم.»

با ادامه پایش و تحلیل FRBها، درک دانشمندان از رشته کیهانی دقیق‌تر خواهد شد و حتی ممکن است اطلاعات تازه‌ای درباره منشأ این انفجارها آشکار شود. با پیشرفت فناوری و روش‌های آشکارسازی، پژوهش درباره FRBها همچنان در مرزهای کشف کیهان قرار خواهد داشت.

جمع‌بندی

استفاده از انفجارهای سریع رادیویی به عنوان ابزار کاوش میان‌کهکشانی، دانشمندان را قادر ساخت تا یکی از بزرگ‌ترین معماهای کیهان‌شناسی - محل ماده معمولی گمشده جهان - را حل کنند. این دستاورد ضمن مشخص‌ کردن ترکیب کیهان، راه‌های جدیدی برای بررسی نخستین دوران‌ها و تحول مداوم جهان پیش روی پژوهشگران قرار می‌دهد. با هر پالس رادیویی کیهانی، بشر گامی دیگر به شناخت جامع ساختار پنهان کیهان نزدیک‌تر می‌شود.