کهکشان بدون ماده تاریک نظریه تکامل دنیا را به چالش کشید

تصور ما از تکامل کیهانی ممکن است با کشف یک کهکشان بزرگ که به نظر می‌رسد فاقد ماده تاریک است، در معرض شک و تردید قرار بگیرد.

به نظر می‌رسد ماده تاریک که حدود ۸۵ درصد از ماده جهان را تشکیل می‌دهد، در کهکشان «ان‌جی‌سی ۱۲۷۷»(NGC ۱۲۷۷) وجود ندارد. این کهکشان که بخشی از خوشه کهکشانی «برساووش»(Perseus) است، در فاصله ۲۴۰ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد و اولین توده به اندازه راه شیری متشکل از ستاره‌ها، سیارها، غبار و گاز به شمار می‌رود که ماده تاریک را از دست داده است.

«سباستین کامرون»(Sebastién Comerón) پژوهشگر «دانشگاه لا لاگونا»( University of La Laguna) و سرپرست این گروه پژوهشی گفت: این نتیجه با مدل‌های کیهانی پذیرفته‌ شده کنونی که شامل ماده تاریک هستند، مطابقت ندارد.

ماده تاریک عملا نامرئی است زیرا مانند ماده تشکیل‌دهنده ستاره‌ها، سیاره‌ها و ما، با نور تعامل ندارد. وجود ماده تاریک را می‌توان از فعل و انفعالات گرانشی آن استنباط کرد. وجود این ماده سایه‌دار اولین بار زمانی مطرح شد که ستاره‌شناسان دریافتند کهکشان‌های بزرگ با چنان سرعتی در حال چرخیدن هستند که اگر تأثیر گرانشی برخی از جرم‌های نامرئی نبود، از هم دور می‌شوند.

این واقعیت باعث شد دانشمندان این نظریه را مطرح کنند که همه کهکشان‌های بزرگ در پوششی از ماده تاریک پیچیده شده‌اند و این موضوع به یک فرضیه مهم در توسعه نظریه‌های تکامل کهکشانی تبدیل شده است. در هر حال، کشف شدن کهکشانی که به نظر می‌رسد فاقد ماده تاریک است، این فرضیه را به چالش می‌کشد.

بررسی یک کهکشان غیر اجتماعی!

ان‌جی‌سی ۱۲۷۷ که یک یادگار کیهانی در نظر گرفته می‌شود، در میان کهکشان‌ها غیرمعمول به شمار می‌رود زیرا تعامل کمی با سایر کهکشان‌های اطراف داشته است. کهکشان‌هایی از این دست، بقایای کهکشان‌های غول‌پیکری هستند که در کیهان اولیه وجود داشته‌اند. بدین ترتیب، این کهکشان‌های باقی‌مانده برای کمک کردن به ستاره‌شناسان در درک چگونگی شکل‌گیری اولین کهکشان‌ها ضروری هستند.

کامرون و همکارانش برای کمک کردن به این بخش از پژوهش، کهکشان ان‌جی‌سی ۱۲۷۷ را با دستگاهی به نام «طیف‌نگار میدان انتگرال»(IFS) مشاهده کردند. این کار به آنها امکان داد تا به نقشه‌برداری از حرکت کهکشان بپردازند و جرم کهکشان و نحوه توزیع آن را تعیین کنند.

این بررسی نشان داد که توزیع کلی جرم ان‌جی‌سی ۱۲۷۷ که باید شامل ماده تاریک باشد، با توزیع جرم مواد معمولی آن شامل ستاره‌ها، غبار، گاز و سیاره‌ها یکسان است. این بدان معناست که در شعاع کهکشان، محتوای ماده تاریک بیش از پنج درصد نمی‌تواند وجود داشته باشد اما یافته‌ها با عدم وجود ماده تاریک در ان‌جی‌سی ۱۲۷۷ سازگارتر هستند.

این شگفت‌آور است زیرا مدل‌های محبوب کنونی تکامل کیهانی از جمله مدل استاندارد کیهان‌شناسی می‌گویند که ان‌جی‌سی ۱۲۷۷ احتمالا باید از ۱۰ تا ۷۰ درصد ماده تاریک تشکیل شده باشد. «ایگناسیو تروجیلو»(Ignacio Trujillo) پژوهشگر دانشگاه لا لاگونا و از پژوهشگران این پروژه گفت: این اختلاف بین مشاهدات و آنچه ما انتظار داریم، یک معما و شاید حتی یک چالش برای مدل استاندارد کیهان‌شناسی است.

ماده تاریک کهکشان کجا رفت؟

پژوهشگران در این پروژه، چند ایده را در مورد این موضوع ارائه کرده‌اند که چرا ان‌جی‌سی ۱۲۷۷ تا این اندازه فاقد ماده تاریک است. «آنا فر ماتئو»(Anna Ferré-Mateu) پژوهشگر دانشگاه لا لاگونا و از پژوهشگران این پروژه گفت: یکی از ایده‌ها این است که تعامل گرانشی با محیط اطراف در خوشه کهکشانی که این کهکشان در آن قرار دارد، ماده تاریک را از بین برده است. ایده دیگر این است که ماده تاریک از منظومه بیرون رانده شده و کهکشان از ادغام قطعات پیش‌کهکشانی تشکیل شده که باعث پیدایش کهکشان به جا مانده شده است.

هیچ کدام از این توضیحات، گروه را کاملا راضی نمی‌کنند. بنابراین، پژوهشگران به بررسی ان‌جی‌سی ۱۲۷۷ با «تلسکوپ ویلیام هرشل»(WHT) در «رصدخانه صخره بچه‌ها»(ORM) ادامه خواهند داد.

پژوهشگران معتقدند که اگر پژوهش‌های آینده تأیید کنند این کهکشان فاقد اسرارآمیزترین شکل ماده جهان است، وجود ماده تاریک به کلی به چالش کشیده نمی‌شود. برعکس، آنها باور دارند که جایگزین‌های مدل‌ ماده تاریک، نظریه‌های موسوم به «گرانش اصلاح‌شده» را به چالش می‌کشند.

تروجیلو گفت: اگرچه ماده تاریک در یک کهکشان خاص ممکن است از بین برود اما قانون گرانش اصلاح‌شده باید جهانی باشد و نمی‌توان استثنایی در مورد آن قائل شد. بنابراین یک کهکشان بدون ماده تاریک، به معنای رد کردن این نوع جایگزین برای ماده تاریک است.

کامرون اذعان کرد که باید منتظر پاسخ‌های قطعی ماند. وی افزود: معمای اینکه چگونه یک کهکشان بزرگ می‌تواند بدون ماده تاریک تشکیل شود، همچنان یک معما باقی می‌ماند.