در دستاوردی شگفت‌انگیز از کاوش‌های گرانشی، ستاره‌شناسان موفق به شناسایی توده‌ای مرموز و متراکم از ماده‌ی نامرئی شده‌اند که درون کهکشانی پنهان است؛ نوری که از آن کهکشان به ما رسیده، سفری ۷٫۳ میلیارد ساله را پشت سر گذاشته است.

به گزارش انتخاب و به نقل از sciencealert؛  هنوز به‌درستی مشخص نیست این توده چیست، اما با توجه به فاصله‌ی عظیمی که در آن مشاهده شده، جرم آن بسیار کوچک است – حدود یک میلیون برابر جرم خورشید. این کوچک‌ترین جرمی است که تاکنون در چنین فاصله‌ی کیهانی، تنها بر پایه‌ی تأثیر گرانشی‌اش شناسایی شده است؛ دستاوردی که حداقل صد برابر فراتر از توان کشف‌های پیشین است.

تیمی به رهبری اخترفیزیک‌دان «دِوُن پاول» از مؤسسه‌ی اخترفیزیک ماکس پلانک در آلمان توضیح می‌دهد:

«این کم‌جرم‌ترین جسمی است که تاکنون در فاصله‌ای کیهانی، تنها بر اساس اثر گرانشی‌اش شناسایی شده است. این پژوهش نشان می‌دهد که با استفاده از روش‌های تصویربرداری گرانشی، می‌توان تا محدوده‌ی اجرام یک‌میلیون‌خورشیدی را در فراتر از جهان محلی خود بررسی کرد.»

ماده‌ی تاریک و نقش آن

بر اساس مشاهدات ما از جهان، چیزی در فضا وجود دارد که هیچ نوری از خود ساطع نمی‌کند و تنها از طریق گرانش با جهان پیرامون تعامل دارد.

به این پدیده «ماده‌ی تاریک» گفته می‌شود و نظریه‌های گوناگونی درباره‌ی ماهیت آن وجود دارد. ساختار یا «بافت» این ماده – اینکه نرم و یکنواخت است یا توده‌توده و تکه‌تکه – می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا سرنخ‌هایی از ماهیتش به‌دست آورند. با این حال، چون ماده‌ی تاریک نوری منتشر نمی‌کند، نقشه‌برداری از توزیع آن بسیار دشوار است.

اینجاست که گرانش وارد عمل می‌شود. هر چیزی که در جهان جرم داشته باشد، فضا–زمان را در اطراف خود خم می‌کند – هرچه جرم بیشتر، انحنا نیز بیشتر. تصور کنید یک توپ بولینگ را روی سطح کشسان یک ترامپولین بگذارید؛ اگر تیله‌ای را روی همان سطح بغلتانید، در مسیر منحنی پیرامون توپ حرکت خواهد کرد.

اکنون تصور کنید توپ بولینگ یک کهکشان است و تیله، فوتونی از نور. وقتی مجموعه‌ای از فوتون‌های یک کهکشان دوردست از فضا–زمانِ خمیده‌ی یک کهکشان نزدیک‌تر عبور می‌کنند، نوری که به ما می‌رسد کشیده، کج و بزرگ‌نمایی‌شده خواهد بود. به این پدیده «عدسی گرانشی» گفته می‌شود.

عدسی‌های گرانشی ابزارهایی بی‌نظیر برای مطالعه‌ی اعماق جهان هستند، زیرا فضاهای دور را به روشی بزرگ‌نمایی می‌کنند که هیچ فناوری دیگری قادر به انجام آن نیست. افزون بر این، اخترشناسان می‌توانند از همین نورِ کشیده و تغییرشکل‌یافته برای نقشه‌برداری از توزیع ماده در کهکشان پیش‌زمینه استفاده کنند.

ردیابی توده‌ی تاریک با عدسی گرانشی

پاول و همکارانش برای این منظور از شبکه‌ای گسترده از تلسکوپ‌ها بهره بردند، از جمله «تلسکوپ گرین بانک»، «آرایه‌ی بسیار بلندپایه (VLBA)» و «شبکه‌ی تداخل‌سنجی بسیار بلند اروپایی (EVN)».

هدف آن‌ها بررسی سامانه‌ی عدسی گرانشی شناخته‌شده‌ای به نام JVAS B1938+666 بود.

این سامانه از دو کهکشان تشکیل شده است: کهکشان جلویی با فاصله‌ی نوری ۷٫۳ میلیارد سال، و کهکشان پشتی که نورش پس از حدود ۱۰٫۵ میلیارد سال به ما رسیده و توسط کهکشان جلویی کشیده و چهار تکه شده است.

در یکی از تصاویر حاصل از این عدسی گرانشی، یکی از قوس‌های نوری درخشان و کشیده‌ای دیده می‌شود که در بخشی از آن، فرورفتگی یا «چین‌خوردگی» کوچکی وجود دارد. پژوهشگران دریافتند که این فرورفتگی نمی‌تواند تنها توسط کهکشانِ عدسی ایجاد شده باشد. آن‌ها با دقتی معادل ۲۶ سیگما (یعنی اطمینانی بسیار بالا) به این نتیجه رسیدند که عامل آن باید توده‌ای از جرم باشد.

«جان مک‌کین»، ستاره‌شناس دانشگاه خرونینگن در هلند، می‌گوید:

«در نخستین تصویر با وضوح بالا، بلافاصله متوجه باریکی خاصی در قوس گرانشی شدیم؛ نشانه‌ای آشکار از اینکه چیزی متفاوت در میان است. تنها یک توده‌ی کوچک دیگر میان ما و کهکشان رادیویی دور می‌توانست چنین اثری ایجاد کند.»

ماهیت ناشناخته‌ی توده

این توده هیچ نوری منتشر نمی‌کند – نه در طول‌موج‌های مرئی، نه رادیویی و نه فروسرخ. بنابراین یا کاملاً تاریک است یا چنان کم‌نور که از دید ما پنهان مانده.

این ویژگی چند احتمال را مطرح می‌کند: یا این جرم، توده‌ای از ماده‌ی تاریک است، یا کهکشان کوتوله‌ای که نوری بسیار اندک از خود ساطع می‌کند.

هر دو احتمال در حال حاضر ممکن است و پژوهش‌های بیشتری برای شناسایی دقیق ماهیت آن مورد نیاز است.

پاول می‌گوید:

«با توجه به حساسیت داده‌ها، انتظار داشتیم دست‌کم یک جرم تاریک پیدا کنیم، بنابراین کشف ما با نظریه‌ی موسوم به “ماده‌ی تاریک سرد” هم‌خوانی دارد؛ نظریه‌ای که بخش زیادی از درک کنونی ما از شکل‌گیری کهکشان‌ها بر آن استوار است.

اکنون که یکی را یافته‌ایم، پرسش این است که آیا می‌توانیم موارد بیشتری پیدا کنیم، و اگر چنین شد، آیا تعدادشان با مدل‌های نظری سازگار خواهد بود یا نه.»

نتیجه‌گیری

جزئیات این کشف در دو مقاله‌ی مکمل در نشریات Nature Astronomy و Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شده است.

این یافته نه‌تنها کوچک‌ترین جرم شناخته‌شده در مقیاس کیهانی است که با اثر گرانشی‌اش شناسایی شده، بلکه گامی بزرگ در مسیر درک ماهیت ماده‌ی تاریک و ساختار پنهان جهان به‌شمار می‌آید.