دانشمندان ماده تاریک را در اطراف سیاهچاله‌های کلان جرم در کیهان اولیه کشف کردند
یک تیم بین‌المللی از پژوهشگران تحقیقاتی در خصوص تاثیر ماده تاریک بر هاله‌های دو سیاهچاله کلان‌جرم انجام داده‌اند؛ این سیاهچاله‌ها در کهکشان‌هایی قرار دارند که نزدیک به ۱۳ میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارند و یافته‌های این پژوهش، بینش‌های جدیدی درباره نقش ماده تاریک در جهان اولیه و چگونگی تکامل کهکشان‌ها در طول زمان ارائه می‌دهد.
اولین شواهد مهم از تاثیر ماده تاریک بر نحوه رفتار کهکشان‌ها در دهه ۱۹۷۰ توسط ورا روبین (Vera Rubin) به دست آمد و طبق مشاهدات او لبه‌های بیرونی کهکشان‌ها با سرعتی بیشتر از آنچه مطابق با نظریه نیوتن انتظار می‌رفت، در حال چرخش هستند که به تعریف «منحنی چرخش تخت» کمک کرد. بر اساس قوانین نیوتن، ستاره‌ها و گازهایی که از مرکز کهکشان دورتر هستند، باید کندتر از آن‌هایی که نزدیک‌تر هستند به دور مرکز کهکشان بچرخند.
با این حال، یافته‌های روبین نشان داد جرم نامرئی که اکنون ماده تاریک نامیده می‌شود، کهکشان‌ها را احاطه کرده و نیروی گرانشی اضافه‌ای را برای حفظ حرکت سریع مناطق بیرونی، فراهم می‌آورد؛ با این وجود، چگونگی تجمع ماده تاریک در جهان اولیه هنوز یک راز باقی مانده است؛ زیرا تاکنون هرگز در چنین فواصل دوری به‌طور مستقیم مشاهده نشده بودند.
ردیابی ماده تاریک در کهکشان‌های باستانی
این تیم به رهبری چینیو فی (Chin-Yu Fei)، پژوهشگر موسسه فیزیک و ریاضیات کاولی جهان (Kavli IPMU, WPI) در دانشگاه توکیو با همکاری دانشمندان برجسته‌ای از دانشگاه‌های پکن و تگزاس آستین، محتوای ماده تاریک دو سیاهچاله کلان‌جرم از جهان اولیه را مطالعه کردند؛ این پژوهش با مشارکت جان سیلورمن (John Silverman) از موسسه کاولی، سایجی فوجیموتو (Saijii Fujimoto) از دانشگاه تگزاس آستین و دانشیار ران وانگ (Ran Wang) از دانشگاه پکن انجام شده است.
در این تحقیق، پژوهشگران با تحلیل داده‌های آرایه میلی‌متری/زیرمیلی‌متری آتاکاما (ALMA) به بررسی گازهای یونیزه‌شده کربن در دو کهکشان میزبان کوازار پرداختند که در زمانی وجود داشتند که جهان تنها ۱.۵ میلیارد سال سن داشت. با تجزیه و تحلیل منحنی‌های چرخش این کهکشان‌ها، نتایج نشان داد که ماده تاریک حدود ۶۰ درصد از جرم کل آن‌ها را تشکیل می‌دهد. سیلورمن اظهار می‌کند: «ما از روش‌های مشابهی که ورا روبین پایه‌گذاری کرده استفاده کرده‌ایم و اکنون این روش را در تجزیه و تحلیل داده‌های جهان اولیه به کار می‌بریم.»
مطالعات قبلی روی کهکشان‌هایی با انتقال به سرخ (زمانی که جهان حدود ۲–۳ میلیارد سال سن داشت) نشان داد منحنی‌های چرخش آن‌ها در لبه‌ها کاهش می‌یابد که به معنای سهم کمتر ماده تاریک است و احتمالا به دلیل تعاملاتی چون ادغام‌ها یا محتوای بالای گاز باشد؛ با این حال، تیم فی و سیلورمن الگوی متفاوتی را کشف کردند که داده‌های آن‌ها یک منحنی چرخش تخت را نشان داد مشابه کهکشان‌های دیسکی عظیمی که بسیار نزدیک‌تر به زمین یافت می‌شوند؛ بنابراین، تاثیر ماده تاریک در شکل‌دهی به کهکشان‌ها حتی در فواصل بسیار دور نیز استمرار داشته است.
گشودن ارتباط بین ماده تاریک و سیاهچاله‌های کلان‌جرم
این مطالعه بینش‌های مهمی در مورد رابطه بین ماده تاریک و سیاهچاله‌های کلان‌جرم در جهان اولیه ارائه می‌دهد؛ با توجه به اینکه ماده تاریک به شکل‌گیری کهکشان‌ها کمک می‌کند، درک توزیع آن به اخترشناسان این امکان را می‌دهد تا نحوه رشد و تکامل کهکشان‌ها به ساختارهای کنونی را شناسایی کنند. پژوهشگران خاطرنشان می‌کنند: «کشف منحنی چرخش تخت در این کهکشان‌های باستانی نشان می‌دهد که ماده تاریک از روزهای اولیه جهان بر دینامیک کهکشان‌ها تاثیرگذار بوده است.»
پژوهشگران خاطرنشان کردند کشف منحنی چرخش تخت در این کهکشان‌های باستانی، نشان‌دهنده تاثیر ماده تاریک بر دینامیک کهکشان‌ها از روزهای ابتدایی جهان است. یافته‌های این تحقیق به فهم بهتر بشر از نقش ماده تاریک در تشکیل کهکشان‌ها کمک کرده و زمینه را برای مطالعات آینده با تلسکوپ‌های پیشرفته‌ای مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب فراهم می‌کند.