گروهی از دانشمندان ژاپنی و آمریکایی از دادههای نور مرئی برای شناسایی ۱.۵ میلیون کهکشان عدسی متعلق به ۱۲ میلیارد سال پیش استفاده کردند.
هنگامی که دانشمندان به دادههای به دست آمده از تلسکوپهایی مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب نگاه میکنند، در حال نگاه کردن به گذشته هستند. از آنجایی که نور با سرعت محدودی حرکت میکند، آنچه امروز میبینیم رویدادهایی هستند که میلیونها و حتی میلیاردها سال قبل روی دادهاند.
برای درک بهتر این موضوع باید گفت که نور با سرعت ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه حرکت میکند. نوری که از یک جرم آسمانی دور از زمین ساطع میشود با توجه به مسافتی که باید برای رسیدن به کرهی ما طی کند سالها در راه خواهد بود. ستارهای را تصور کنید که در فاصله یک سال نوری از زمین قرار دارد. زمانی که نور این ستاره پس از یک سال به زمین برسد ما میتوانیم ستاره را همانطور که یک سال قبل بوده رصد کنیم و زمان حال آن را نمیبینیم.
اندازهگیری ماده تاریک از این هم دشوارتر است، زیرا ماده تاریک هیچ نوری از خود ساطع نمیکند.
بنابراین، محققان نظریه نسبیت اینشتین را مورد استفاده قرار دادند و تحریف نور کهکشانهای دور را برای تعیین میزان ماده تاریک یک کهکشان در پیشزمینه اندازه گرفتند. هرچه خمش نور بیشتر باشد، مقدار ماده تاریک در کهکشان "عدسی" که باعث ایجاد این تحریف میشود نیز بیشتر است.
این روش اثر همگرایی گرانشی نام دارد. کهکشانهای عدسی، دیسک هستند، ولی به علت زیاد بودن غبار میان ستارهای شکل عدسی به خود گرفته و البته زایش ستارگان در این دسته کهکشانها زیاد است.
اجرام پرجرم آسمانی همچون سیاهچالهها نور سایر کهکشانها و ستارهها را منحرف میکنند و اخترشناسان از این روش برای رصد بهتر اجرام استفاده میکنند، اما این بار آنها از این اثر نه برای رصد سایر کهکشانها بلکه برای بررسی خود ماده تاریک استفاده کردهاند.
مشکل کهکشانهای دور
همانطور که به کهکشانهایی که دورتر هستند نگاه میکنیم، نوری که از آنها میآید ضعیفتر میشود و بنابراین اثر همگرایی گرانشی ضعیفتر و تشخیص آن سختتر میشود. دانشمندان تلاش کردهاند که از سیگنالهای نوری چندین کهکشان برای حل این مشکل استفاده کنند، اما ناتوانی در تشخیص بسیاری از کهکشانهای دور به این معنا بوده که ماده تاریکِ متعلق به تنها هشت تا ۱۰ میلیارد سال تاکنون مورد مطالعه قرار گرفته است.
از آنجایی که جهان در حدود ۱۳.۷ میلیارد سال پیش آغاز شد، ناشناختههای زیادی در مورد زمان شروع آن و اتفاقات که پس از آن رخ داد، وجود دارد. برای درک بهتر این دوره زمانی، محققان دانشگاه ناگویا (Nagoya) و دانشگاه توکیو در ژاپن با رصدخانه نجوم ژاپن و دانشگاه پرینستون در ایالات متحده همکاری کردند تا از منبع متفاوتی از نور پس زمینه، یعنی امواج مایکروویو ناشی از مهبانگ استفاده کنند.
در این همکاری دانشمندان از دادههای نور مرئی برای شناسایی ۱.۵ میلیون کهکشان عدسی متعلق به ۱۲ میلیارد سال پیش استفاده کردند. آنها سپس از تابش زمینه کیهانی (CMB) مهبانگ برای غلبه بر کمبود نور کهکشانهایی که حتی دورتر بودند استفاده کردند.
محققان با استفاده از دادههای پرتوهای مایکروویو دریافت شده توسط ماهواره پلانک آژانس فضایی اروپا، توانستند همگرایی امواج مایکروویو توسط این کهکشانها را اندازهگیری کنند.
یویچی هاریکان (Yuichi Harikane)، استادیار دانشگاه توکیو، در بیانیهای مطبوعاتی گفت: بیشتر محققان از کهکشانهای مبدا برای اندازهگیری توزیع ماده تاریک از زمان حال تا هشت میلیارد سال پیش استفاده میکنند.
با این حال، ما میتوانیم بیشتر به گذشته نگاه کنیم. ما از تابشهای زمینهای کیهانی دورتر برای اندازهگیری ماده تاریک استفاده کردیم. برای اولین بار، ما ماده تاریک را تقریباً در اولین لحظات تشکیل کیهان اندازهگیری کردیم.
تجزیه و تحلیل اولیه نشان داد که محققان دادههای کافی برای تعیین توزیع ماده تاریک داشتند و توانستند ماده تاریک متعلق به ۱۲ میلیارد سال پیش را شناسایی کنند.
کهکشانهایی که ۱.۷ میلیارد سال پس از مهبانگ ایجاد شدند، هنوز در مراحل اولیه کیهانی خود بودند. در همین زمان، اولین خوشههای کهکشانی نیز شروع به شکلگیری کرده بودند. خوشههای کهکشانی از مجموع ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ کهکشان تشکیل شدهاند که حاوی مقادیر زیادی ماده تاریک هستند.
تاکنون، این گروه تنها یک سوم از دادههای موجود از تابش زمینه کیهانی را تجزیه و تحلیل کردهاند. تجزیه و تحلیل بیشتر به محققان اجازه میدهد تا بیشتر از این به گذشته نگاه کنند.