فیزیکدانان دانشگاه MIT، به‌تازگی یک پیچش شگفت‌انگیز را در منحنی چرخش کهکشان راه شیری کشف کرده‌اند که درک ما از ماده تاریک را به چالش می‌کشد. آنها با ردیابی سرعت ستارگان در سراسر کهکشان، کمبود بالقوه ماده تاریک را در هسته کهکشان کشف کردند. به‌طور سنتی اخترشناسان معتقد بودند که ماده تاریک مسئول چرخش کهکشان است. با این حال، مطالعات جدید این احتمال را افزایش می‌دهد که مرکز گرانشی کهکشان راه شیری ممکن است از نظر جرمی، سبک‌تر از آنچه قبلا تصور می‌شد باشد!
نقش ماده تاریک
اما ماده تاریک چیست؟! دانشمندان بر این باورند که ماده تاریک، ماده‌ای فرضی در جهان است و توضیح می‌دهد که چرا کهکشان‌ها به این شکل می‌چرخند. تصور می‌شود که ماده تاریک از ذراتی تشکیل شده است که با نور برهمکنش ندارند و همین امر باعث می‌شود مشاهده مستقیماً آنها تقریباً غیرممکن باشد. با این حال تنها راه تشخیص ماده تاریک، تأثیرات گرانشی آن بر روی مواد مرئی، مانند ستارگان و کهکشان‌هاست.
این تیم تحقیقاتی برای بررسی بیشتر، داده‌های ابزار گایا (Gaia) و APOGEE را تجزیه و تحلیل کرده‌اند. گایا یک تلسکوپ فضایی در مدار است که مکان دقیق، فاصله و حرکت بیش از 1 میلیارد ستاره را در سراسر کهکشان راه شیری ردیابی می‌کند، در حالیکه APOGEE یک ابزار بررسی زمینی است. دانشمندان اندازه‌گیری‌های گایا از بیش از 33000 ستاره، از جمله برخی از دورترین ستاره‌های کهکشان را تجزیه و تحلیل کرده و سرعت دایره‌ای هر ستاره را با توجه به فاصله آن از مرکز کهکشان تعیین کردند.
یک هسته کهکشانی سبک‌تر از تخمین‌های قبلی؟!
آنها سرعت هر ستاره را در برابر فاصله آن ترسیم کرده تا منحنی چرخشی ایجاد کنند که نشان‌دهنده سرعت چرخش ماده در یک فاصله معین از مرکز کهکشان باشد. این تیم دریافت که ستارگان بیرونی کمی کندتر از حد انتظار می‌چرخند که نشان‌دهنده وجود هسته کهکشانی سبک‌تر از تخمین‌های قبلی است!
لینا نسیب (Lina Necib)، استادیار فیزیک در دانشگاه MIT می‌گوید:
چیزی که ما واقعاً از دیدن آن متعجب شدیم این بود که این منحنی تا یک فاصله مشخص، صاف باقی مانده و سپس شروع به حرکت کرد. این بدان معناست که ستارگان بیرونی کمی کندتر از حد انتظار در حال چرخش هستند که نتیجه بسیار شگفت‌انگیزی است!
چرخش کهکشان راه شیری تا حدی توسط تمام ماده‌ای که درون دیسک آن می‌چرخد هدایت می‌شود. در دهه 1970، یک ستاره‌شناس به نام ورا روبین (Vera Rubin) مشاهده کرد که کهکشان‌ها به گونه‌ای می‌چرخند که نمی‌توانند صرفاً توسط ماده مرئی رانده شوند. او نتیجه گرفت که نوع دیگری از ماده نامرئی باید روی ستارگان دور عمل کند تا به آنها فشار بیشتری وارد کند. از آن زمان، اخترشناسان منحنی‌های مشابهی را در کهکشان‌های دور مشاهده کرده‌اند که از حضور ماده تاریک حمایت می‌کند. اخیراً نیز ستاره‌شناسان تلاش کرده‌اند منحنی چرخش کهکشان راه شیری را نیز با ستاره‌ها ترسیم کنند.
این تیم فواصل دقیق بیش از 33000 ستاره را تعیین و یک نقشه سه‌بعدی از ستارگان پراکنده در سراسر کهکشان راه شیری تا حدود 30 کیلوپارسک تهیه کرد. آنها سپس این نقشه را در مدلی از سرعت دایره‌ای گنجاندند تا با توجه به توزیع ستاره‌های دیگر در کهکشان، سرعت هر ستاره را شبیه‌سازی کنند. آنها مشاهده کردند که منحنی جدید، شدیدتر از حد انتظار در انتهای بیرونی فرو رفت که نشان می‌دهد هسته راه شیری ممکن است حاوی ماده تاریک کمتری نسبت به تخمین قبلی باشد!
نسیب می گوید:
این نتیجه با اندازه‌گیری‌های دیگر در تناقض است و درک واقعی این نتیجه، عواقب عمیقی خواهد داشت. این نتیجه ممکن است منجر به توده‌های پنهان بیشتر، درست در آن سوی قرص کهکشانی یا بازنگری در وضعیت تعادل کهکشان ما شود. ما به دنبال یافتن این پاسخ‌ها با استفاده از شبیه‌سازی دقیق و واضح کهکشان راه شیری در کار آینده هستیم.
نتایج تحقیقات این تیم در ماهنامه ژورنال انجمن سلطنتی نجوم گزارش شده است.
منبع: Interestingengineering
