ماده تاریک

ماده تاریک شکلی نادیدنی از ماده است که نور گسیل نمی‌کند اما خود را از طریق گرانش آشکار می‌سازد و بیشتر ماده موجود در جهان را تشکیل می‌دهد و کهکشان‌ها و ساختار کیهانی را شکل می‌دهد.

Definition

ماده تاریک شکلی غیردرخشان و غیرباریونی از ماده است که عمدتاً از طریق گرانش برهم‌کنش می‌کند، و وجود آن از طریق اثرات گرانشی‌اش بر ماده مرئی و نور استنباط می‌شود. این ماده برای توضیح دینامیک کهکشان‌ها و خوشه‌ها و تشکیل ساختار کیهانی ضروری است.

Scope

این حوزه شواهد گرانشی برای ماده تاریک را از منحنی‌های چرخش کهکشان، خوشه‌های کهکشانی، همگرایی گرانشی و تابش زمینه کیهانی پوشش می‌دهد، همچنین کاندیداهای اصلی ذرات و مدل‌های نظری برای هویت آن، و تلاش‌های تجربی برای آشکارسازی مستقیم، غیرمستقیم یا از طریق تولید در شتاب‌دهنده‌ها را شامل می‌شود.

Sub-topics

• نامزدهای ماده تاریک و مدل‌های ذرات
• کشف و جستجوهای ماده تاریک
• شواهد ماده تاریک و دینامیک کهکشان

Core questions

• شواهد وجود ماده تاریک چیست؟
• ماده تاریک از چه چیزی می‌تواند ساخته شده باشد؟
• ماده تاریک چگونه ممکن است آشکارسازی شود؟

Key concepts

• ماده تاریک سرد
• منحنی‌های چرخش
• همگرایی گرانشی
• خوشه‌های کهکشانی
• فراوانی بازمانده
• ویمپ‌ها (WIMPs)
• ماده غیرباریونی

Key theories

ماده تاریک سرد

بیشتر ماده در جهان غیرباریونی است و به آرامی حرکت می‌کند، یا سرد است، که به آن اجازه می‌دهد به صورت گرانشی به هم فشرده شود و تشکیل کهکشان‌ها و ساختار مقیاس بزرگ را مانند مدل استاندارد لامبدا-سی‌دی‌ام (Lambda-CDM) آغاز کند.

اختلاف جرم دینامیکی

سرعت‌های مداری ستارگان و کهکشان‌ها نشان‌دهنده جرم گرانشی بسیار بیشتری است که ماده مرئی نمی‌تواند آن را توضیح دهد، که این اولین و هنوز هم اصلی‌ترین شواهد برای ماده تاریک است.

Clinical relevance

ماده تاریک برای مدل استاندارد کیهان‌شناسی ضروری است: حدود یک چهارم بودجه انرژی کیهانی را تشکیل می‌دهد، داربست گرانشی را فراهم می‌کند که کهکشان‌ها و خوشه‌ها بر روی آن شکل می‌گیرند، و برای تطبیق همزمان تابش زمینه کیهانی، منحنی‌های چرخش کهکشان و ساختار مقیاس بزرگ لازم است.

History

زویکی در سال ۱۹۳۳ جرم گمشده در خوشه‌های کهکشانی را استنباط کرد، و منحنی‌های چرخش تخت کهکشان‌ها توسط روبین و فورد در دهه ۱۹۷۰ این موضوع را قانع‌کننده ساخت؛ شواهد بعدی از همگرایی، خوشه گلوله و تابش زمینه کیهانی، ماده تاریک را به عنوان سنگ بنای کیهان‌شناسی تثبیت کرد، اگرچه هویت ذره‌ای آن ناشناخته باقی مانده است.

Debates

ماده تاریک ذره‌ای در مقابل گرانش اصلاح‌شده

در حالی که بیشتر شواهد به نفع شکل جدیدی از ماده است، برخی پیشنهاد می‌کنند که اصلاحات گرانش می‌تواند ماده تاریک را در مقیاس‌های کهکشانی تقلید کند؛ موفقیت ماده تاریک سرد در مقیاس‌های کیهان‌شناسی و مشاهداتی مانند خوشه گلوله به شدت از تفسیر ذره‌ای حمایت می‌کند، اما این بحث همچنان ادامه دارد.

Key figures

• Fritz Zwicky
• Vera Rubin
• Jeremiah Ostriker
• James Peebles

Seminal works

• zwicky1933
• rubin1970

Frequently asked questions

چگونه می‌دانیم ماده تاریک وجود دارد اگر نمی‌توانیم آن را ببینیم؟

گرانش آن قابل تشخیص است: نور را خم می‌کند، کهکشان‌های پرسرعت را در خوشه‌ها نگه می‌دارد، منحنی‌های چرخش کهکشان را تخت می‌کند، و تابش زمینه کیهانی را شکل می‌دهد، که همه اینها به طور مداوم به جرمی بسیار بیشتر از آنچه ماده مرئی فراهم می‌کند، اشاره دارند.

آیا ماده تاریک می‌تواند فقط ماده معمولی باشد که دیدن آن دشوار است؟

ماده معمولی کم‌نور وجود دارد، اما نمی‌تواند کل را توضیح دهد: هسته‌زایی مهبانگ و تابش زمینه کیهانی باریون‌ها را به چند درصد از بودجه انرژی محدود می‌کند، بنابراین بیشتر ماده تاریک باید یک ماده غیرباریونی باشد.