از بزرگ ترین رازهای علم،تنها حدود ۵٪ جهان قابل مشاهده است؛ ۹۵٪ باقی‌مانده است
مطالعات نوین کیهان‌شناسی نشان می‌دهد که تمام ستارگان، سیاره‌ها، کهکشان‌ها، سحابی‌ها، سیاه‌چاله‌ها و سایر اجرام آسمانی که تاکنون مشاهده شده‌اند، تنها حدود ۵ درصد از محتوای کل جهان را تشکیل می‌دهند. بر اساس مدل استاندارد کیهان‌شناسی (ΛCDM)، حدود ۲۷ درصد جهان از ماده تاریک و نزدیک به ۶۸ درصد آن از انرژی تاریک تشکیل شده است. با وجود پیشرفت‌های چشمگیر در اخترفیزیک و فناوری‌های رصدی، ماهیت واقعی این دو مؤلفه همچنان ناشناخته باقی مانده است. این مقاله به بررسی شواهد علمی مربوط به وجود ماده تاریک و انرژی تاریک، نقش آن‌ها در ساختار و تحول جهان، و مهم‌ترین دستاوردهای رصدخانه‌های فضایی و زمینی در این زمینه می‌پردازد.
جهان سهم اندک از واقعیت کیهان
درک انسان از جهان طی یک قرن گذشته دگرگونی‌های بنیادینی را تجربه کرده است. پیشرفت در اخترشناسی و فیزیک نظری نشان داده است که بخش قابل مشاهده جهان تنها سهم اندکی از واقعیت کیهانی را تشکیل می‌دهد. اندازه‌گیری‌های دقیق تابش زمینه کیهانی، حرکت کهکشان‌ها و ابرنواخترهای دوردست، تصویر تازه‌ای از ترکیب جهان ارائه کرده‌اند؛ تصویری که در آن بخش اعظم کیهان از اجزایی تشکیل شده است که نه مستقیماً دیده می‌شوند و نه ماهیت فیزیکی آن‌ها به طور کامل شناخته شده است.
ماده تاریک؛ جرم نامرئی کیهان
ماده تاریک نوعی ماده فرضی است که نور را گسیل، جذب یا بازتاب نمی‌کند؛ ازاین‌رو با تلسکوپ‌های نوری قابل مشاهده نیست. با وجود این، وجود آن از طریق آثار گرانشی‌اش بر اجرام آسمانی استنباط می‌شود.
یکی از مهم‌ترین شواهد وجود ماده تاریک، منحنی‌های چرخش کهکشان‌ها است. بر اساس قوانین مکانیک نیوتنی، انتظار می‌رود ستاره‌هایی که در فاصله بیشتری از مرکز کهکشان قرار دارند، با سرعت کمتری حرکت کنند. این رفتار در منظومه شمسی نیز مشاهده می‌شود؛ برای نمونه، زمین با سرعتی در حدود ۳۰ کیلومتر بر ثانیه به دور خورشید گردش می‌کند، در حالی که سرعت مداری نپتون حدود ۵٫۴ کیلومتر بر ثانیه است.
بیشتر بخوانید
اما مشاهدات اخترشناسی نشان می‌دهد که ستاره‌های بخش‌های بیرونی کهکشان‌ها تقریباً با همان سرعت ستاره‌های نزدیک به مرکز حرکت می‌کنند. اگر تنها جرم قابل مشاهده در کهکشان‌ها وجود داشت، این ستاره‌ها باید از میدان گرانشی کهکشان خارج می‌شدند. این اختلاف میان پیش‌بینی‌های نظری و داده‌های رصدی نشان می‌دهد که جرم بسیار بیشتری، به صورت نامرئی، در پیرامون کهکشان‌ها وجود دارد. این جرم ناشناخته «ماده تاریک» نامیده می‌شود.
علاوه بر منحنی‌های چرخش کهکشان‌ها، پدیده‌هایی مانند همگرایی گرانشی (Gravitational Lensing)، بررسی خوشه‌های کهکشانی و تحلیل ناهمسانگردی‌های تابش زمینه کیهانی نیز شواهد مستقلی برای وجود ماده تاریک فراهم کرده‌اند.
انرژی تاریک؛ عامل شتاب انبساط جهان
انرژی تاریک از ماده تاریک نیز مرموزتر است. در سال ۱۹۹۸، دو گروه مستقل از اخترشناسان با مطالعه ابرنواخترهای نوع Ia دریافتند که انبساط جهان نه‌تنها در اثر گرانش کند نمی‌شود، بلکه با گذشت زمان با شتاب ادامه می‌یابد.
برای توضیح این پدیده، مفهوم «انرژی تاریک» مطرح شد. بر اساس مدل‌های کنونی، انرژی تاریک حدود ۶۸ درصد از کل محتوای جهان را تشکیل می‌دهد و به صورت نوعی انرژی با فشار منفی عمل می‌کند که موجب شتاب گرفتن انبساط فضا می‌شود.
با وجود پذیرش گسترده این مدل در جامعه علمی، ماهیت بنیادی انرژی تاریک همچنان ناشناخته است. برخی نظریه‌ها آن را با ثابت کیهان‌شناسی اینشتین مرتبط می‌دانند، در حالی که نظریه‌های دیگر از میدان‌های کوانتومی یا اصلاح قوانین گرانش سخن می‌گویند. تاکنون هیچ‌یک از این فرضیه‌ها به طور قطعی تأیید نشده‌اند.
نقش رصدخانه‌های فضایی در شناخت جهان
در دهه‌های اخیر، مأموریت‌های فضایی و رصدخانه‌های پیشرفته اطلاعات بی‌سابقه‌ای درباره ساختار جهان فراهم کرده‌اند. ماهواره پلانک (Planck) با اندازه‌گیری دقیق تابش زمینه کیهانی، برآوردهای بسیار دقیقی از ترکیب جهان ارائه کرده است. تلسکوپ فضایی هابل نیز با مطالعه کهکشان‌های دوردست و اندازه‌گیری نرخ انبساط جهان، نقش مهمی در توسعه کیهان‌شناسی مدرن داشته است.
در سال‌های اخیر، تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) با توانایی مشاهده کهکشان‌های بسیار دور و نخستین مراحل شکل‌گیری جهان، افق‌های تازه‌ای در مطالعه تاریخ کیهان گشوده است. همچنین رصدخانه‌های زمینی مجهز به فناوری‌های نوین، داده‌های ارزشمندی درباره توزیع ماده تاریک، ساختارهای بزرگ‌مقیاس و تحول کیهانی فراهم کرده‌اند.
شواهد علمی موجود نشان می‌دهد که جهان بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی است که با چشم یا حتی پیشرفته‌ترین تلسکوپ‌ها مشاهده می‌شود. تنها حدود ۵ درصد از جهان از ماده معمولی تشکیل شده است، در حالی که ۹۵ درصد دیگر شامل ماده تاریک و انرژی تاریک است؛ دو مؤلفه‌ای که هنوز ماهیت واقعی آن‌ها به طور کامل شناخته نشده است.
پژوهش‌های آینده، به‌ویژه با بهره‌گیری از نسل جدید رصدخانه‌های فضایی و زمینی، می‌تواند به روشن شدن این رازهای بنیادین کمک کند. کشف ماهیت ماده تاریک و انرژی تاریک نه‌تنها درک ما از ساختار جهان را دگرگون خواهد کرد، بلکه ممکن است به بازنگری در برخی از بنیادی‌ترین نظریه‌های فیزیک نیز بینجامد.
منابع
- ۱. NASA Science. Dark Matter.
- ۲. Planck Collaboration. Planck 2018 Results. Astronomy & Astrophysics, 2020.
- ۳. Riess, A. G., et al. (1998). Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe. The Astronomical Journal.
- ۴. Perlmutter, S., et al. (1999). Measurements of Ω and Λ from 42 High -Redshift Supernovae. The Astrophysical Journal.
- ۵. Weinberg, S. (2008). Cosmology. Oxford University Press.
