تحقیق مقاله کهکشان

کهکشان

مقدمه:

حدود 200 میلیارد کهکشان که هر کدام دارای تقریبا 200 میلیارد ستاره استو به وسیله تلسکوپ ها قابل تشخیص است. اما این تعداد فقط 4 درصد از محل گیتی را تشکیل می دهد. حدود 73 درصد از جهان از ماده دیگری ساخته شده است که" انرژی تاریک" ( dark matter) نامیده می شود. هیچ کس نمی دانمد که ماهیت این ماده نا شناخته چیست، اما مقدار این نوع ماده ازتمام اتم های موجوددر تمام ستارگان موجود در کل کهکشان های قابل شناسایی گسترده فضا بسیار بیشتر است .

به نظر می رسد این نیروی عجیب ، اجزای جهان را با سرعت فزاینده ای از یکدیگر دور می کند ، در حالی که نیروی گرانش با این نیرو مقابله کرده واز سرعت این گسترش می کاهد. این اگتشافها بوسیله ی رصد خانه مداری که کاوشگر نا همسانگرد ریز موج ویلکینسون (WMAP)  نامیده می شود ، انجام شده است . این کاوشگر افت و خیزهای نا چیز موجود در پرتوهای ریز موج پس زمینه کیهانی را اندازه می گیرد که در اثر پژواکهای میرای انفجار بزرگ بوجود آمده است ....

انبساط جهان

این یافته ها به مشاجرات فراوانی که دئر مورد جهان ، عمر جهان ،؛ سرعت انبساط آن و ترکیب آن جریان داشت پایان داد. با استفاده از نتایج دو تحقیق ذکر شده، اختر شناسان امروز بر این باورند که سن جهان 7/13 میلیارد سال با تقویت چند صد هزار سال است. بر اساس اطلاعات موجود، جهان با سرعت شگفت آور71 کیلومتر در ثانیه در مگا پارسک در حال انبساط است.( پارسکیک واحد اختر شناسی است و تقریبا برابر 26/3 میلیون سال نوری است.)

به نظر می رسد که چیزی در فضا هفته است وهمانند نوعی نیروی ضد گرانشی عمل می کند. این نیرو باعث می شود که به جای آنکه جهان متراکم شود و اجزای آن به یکدیگر تزدیک شود، انبساط می یابد. از حدود بیست سال پیش حدث می زدند که در جهان ماده تاریک وجود دارد ، چذرا که در آن زمان دریافتند که جهان به گونه ای عمل می کند که انگار بسیار سنگین تر از چیزی است که واقعا به نظر می رسد .

دانشمندان برای توجیه پدیده مشاهده شده همه احتمالات ممکن را در نظر گرفتند از جمله وجود سیاهچاله ها کوتوله های قهوه ای و ذرات غیر قابل شناسایی که از نظر ماهیت با انواع معمولی اتمها تفاوت دارند . اما هیچکدام از آنها نتوانست جرم بسیار زیاد مشاهده شده را توجیه کند .

آغاز داستان انرژی تاریک

داستان انرژی تاریک از سال 1998 آغاز شد . در آن زمان دانشمندان دریافتند که بسیاری از کهکشانهای دوردست با سرعت بسیار بیشتر از آنچه که محاسبات موجود پیش بینی کردند ، از یکدیگر دور می شوند . تحقیقاتی که روی انواع ویژه ای از ابر نواخترها ( super nova ) انجام شد ، بیانگر آن بود که محاسبات انجام شده اشتباهی نداشت ، به عبارت دیگر محاسبات دقیقا نشان دهنده آن بود که سرعت انبساط جهان لحظه به لحظه در حال افزایش است و از سرعت این انبساط کاسته نمی شود.

به نظر می رسد کشف بعضی از انواع نیروهای غیر منتظره ، غیر قابل شناسایی که باعث می شود ساختار فضا به صور مرتب از یکدیگر فاصله گرفته و از هم دور شوند ، موید مشاهدات هالدینگ (gbs haldane ) دانشمند انگلیسی است که سالها پیش صورت گرفته است . وی می گوید : جهان عجیب تر چیزی است که فکر می کنید جهان حتی عجیب تر از چیزی است که بتوان فکرش را کرد . یکبار دیگر پرسشهای اساسی در مورد ماهیت جهان مطرح شده است : ماهیت فضا ، زمان ، انرژی و ماده چیست ؟ اکنون یکبار دیگر زمان رسیده است که نظریه پردازان تفسیری بر این مشاهدات ارائه دهند و در مرحله بعد آزمایشاتی را طراحی کنند که موید نظریه های آنان باشد .

 بنابراین دانشمندان یکبار دیگر توجه خود را معطوف همان پدیده ای کرده اند که برای اولین بار شاهدی بر انفجار بزرگ (bang big ) محسوب می شد یعنی تابش پس زمینه ریز موج کیهانی . این تابشها اولین پرتوهای پس از تولد جهان محسوب می شوند . دانشمندان در صددند با آزمایشهای متعددی در چند رشته مختلف از جمله آزمایش های صورت گرفته در جنوگان و استفاده از بالنهای در ارتفاعات بسیار بالا تصویر دقیقتری از کیهان بدست آورند . به نظر می سرد جهان باید شامل چیز دیگری به غیر از این اتمهای معمولی باشد و به همین نام ماده تاریک برای آنان انتخاب شده است . ماده تاریک بطور یکنواخت در تمام جهان پراکنده شده و در فضاهای خالی مخفی شده است . ماهیت ماده تاریک هنوز بصورت یک راز است .

منظور از ماده تاریک چیست‌ ؟

منظوراز ماده تاریک در اخترفیزیک و کیهانشناسی، نوعی ماده فرضی است که ترکیب آن مشخص نیست و از خود نیز آن اندازه تابش الکترومغناطیس گسیل یا بازتاب نمی کند تا بتوان مستقیم آن را    مشاهده کرد، اما با توجه به اثر گرانشی آن روی ماده مرئی می توان به وجودش پی برد. بر پایه رصدهای انجام شده کنونی از ساختارهای بزرگ تر از کهکشان، ماده تاریک تشکیل دهنده بخش زیادی از جرم موجود در جهان قابل مشاهده است.

فریتز زویکی برای اولین بار با استفاده از این مفهوم نتیجه برخی از رصدهای اخترشناسی را تفسیر کرد. وی با استفاده از مفهوم ماده تاریک سرعت چرخشی کهکشان ها و سرعت مداری کهکشان ها در خوشه ها، همگرایی گرانشی اجرام پس زمینه به وسیله خوشه های کهکشانی و توزیع دمایی گاز داغ در کهکشان ها و خوشه کهکشانی را توجیه کرد.
ماده تاریک در تشکیل ساختار و تکامل کهکشان ها نیز نقش مهمی دارد و اثرهای آن روی ناهمسانگردی تابش ریزموج پس زمینه قابل اندازه گیری است. همه این شواهد نشان می دهد که کهکشان ها، خوشه های کهکشانی و کل جهان، مقدار زیادی ماده دارد که بخش زیادی از آن برخلاف ماده معمولی با تابش الکترومغناطیسی برهمکنش ندارد. این بخش را ماده تاریک می نامند.
هنوز به طور کامل مشخص نشده است که ماده تاریک از چه چیزی ساخته شده است، اما فیزیکدانان و اخترفیزیکدانان موادی را به عنوان اجزای احتمالی تشکیل دهنده ماده تاریک معرفی کرده اند.جرم ماده تاریک موجود در جهان از جرم ماده «مرئی» بسیار بیشتر است. تنها حدود 4 درصد از کل چگالی انرژی موجود در جهان را مستقیم می توان مشاهده کرد (با توجه به اثرهای گرانشی آن). گمان می رود 22 درصد از جهان از ماده تاریک و 74درصد باقی مانده نیز از انرژی تاریک تشکیل شده باشد که در تمام فضا نفوذ کرده است.تعیین ماهیت این جرم یکی از مهمترین مساله های فیزیک ذرات و کیهانشناسی نوین است.

انرژی ماده تاریک

داده های تلسکوپ هابل اختر فیزیک دانان را قادر ساخت تا شناخت بهتری نسبت به ماهیت انرژی تاریک پیدا کنند.بر این اساس شمار زیادی از نظریاتی که پیرامون تغییر نیروی انرژی تاریک در گذر زمان، به بحث می پردازند، بایستی مورد بازنگری قرار گیرند.

علاوه بر این محققان دریافتند که بین ابر نو اختر هایی که تا کنون برای اندازی گیری میزان گسترش کیهان بررسی می شدند نسبت به آن دسته از ستارگانی که میلیارد ها سال پیش منفجر شده و اخیرا توسط تلسکوپ فضایی هابل کشف شده اند ، شباهت های فراوانی وجود دارد.این امر خود گویای این حقیقت است که ابر نو اختر ها نمونه بسیار خوبی برای تحقیق و به واسطه آن بررسی گسترش کیهان از آغاز تا کنون می باشند.

آدام ریز از موسسه علمی تلسکوپ فضایی و دانشگاه هاپکینز از نخستین کسانی بوده است که به تحقیق و بررسی وجود انرژی تاریک در سال 1998 میلادی پرداخته و در حال حاضر مسئولیت هدایت مطالعات تلسکوپ هابل را بر عهده دارد.ریز در این باره می گوید: اگرچه که انرژی تاریک نزدیک به 70% از انرژی کیهان را به خود اختصاص داده است، اما دانش ما پیرامون این نیروی اسرار آمیز بسیار اندک است.در این بین یافتن کوچک ترین نشانه هم از اهمیت ویژه ای برخوردار است.بر طبق یافته های ما انرژی تاریک در آغاز پیدایش دارای نیروی اندکی بوده است اما از 9 میلیارد سال پیش ماهیت حقیقی خود را نشان داده است.

برای بررسی انرژی تاریک و ماهیت آن در گذشته کیهان ، تلسکوپ فضایی هابل می بایست به جستجو و بررسی ابر نو اختر ها به عنوان نشانه ای از گسترش کیهان می پرداخت، به عبارت دیگر با این کار به گذشته سفر می کرد.

بر مقایسه تصور کنید تعدادی کرم شب تاب در یک شب تابستانی با درخششی یکسان در حیات منزل شما به پرواز مشغولند.با بررسی میزان درخشندگی آنها با توجه به فاصله شان نسبت به شما، به آسانی قادر خواهید بود تا به نحوه پراکندگی آنها پی ببرید.

از آنجا که ابر نو اختر ها به واسطه فاصله زیاد شان بسیار کم سو هستند، بر خلاف تلسکوپ های غول پیکر زمینی ، فقط تلسکوپ فضایی هابل توانایی بررسی آنها را دارا می باشد.

بر طبق نظریه ای که توسط آلبرت اینشتین در بیش از نیم قرن پیش مطرح گردید ،نیروی دافعه ای در فضا (انرژی تاریک)در تلاش است تا نیروی گرانش کیهان (ماده تاریک)را متعادل نگاه دارد، به عقیده او تقابل بین انرژی تاریک و ماده تاریک روزی باعث انفجار درونی کیهان خواهد شد.

برای مدت ها "ثابت کیهان شناختى" اینشتین همچون فرضیه ای عجیب تصور می شد، تا سرانجام در سال 1998 میلادی آدام ریز به همراهی تیم های- زد سوپرنوا و اعضای پروژه سوپرنوا کازمالوجی با بهره گیری از تلسکوپ های غول پیکر زمینی و تلسکوپ فضایی هابل با بررسی شماری از ابر نو اختر ها به اندازی گیری گسترش کیهان پرداختند. پس از مدتی اختر فیزیک دانان به این نتیجه رسیدند که حق با اینشتین است، و نیروی دافعه در فضا وجود دارد و سرانجام این نیرو ،انرژی تاریک نام گذاری شد.

در طی 8 سال اخیر دانشمندان پیوسته تلاش کرده اند تا به ماهیت دو ویژگی بنیادی انرژی تاریک یعنی نیرو و تداوم آن پی ببرند.بر طبق آخرین یافته ها انرژی تاریک همچون مانعی حتی پیش از آن که بر گرانش ماده تاریک کیهان پیشه بگیرد وجود داشته است.

مشاهدات گذشته هابل حاکی آز آن بود که کیهان در دوره های نخستین خود تحت سیطره نیروی گرانش قرار داشته و با سرعت بسیار اندکی گسترش می یافت.بر پایه همین مشاهدات دانشمندان دریافتند که 5 تا 6 میلیارد سال پیش سرعت گسترش کیهان افزایش یافت، زمانی که نیروی دافعه انرژی تاریک بر نیروی گرانش پیشه گرفت.در دو سال اخیر با آنالیز داده های حاصل از بررسی بیش از 24 ابر نو اختر در دور دست های کیهان ،اخترشناسان توانستند زمان دقیق تر این فرایند را برابر 9 میلیارد سال پیش محاسبه نمایند.

اختر فیزیک دانان با بررسی مداوم ابعاد کیهان ما رشد (تغییر و تحول) آن را در دوره های مختلف پی گیری می کنند، درست همانند پدر و مادر که به رشد فرزندان خود با مشاهده تغییر در طول قد نسبت به چهار چوب در می نگرند و در این بین ابر نو اختر ها به عنوان چهارچوب در، تلسکوپ فضایی هابل را در یافتن نشانه ها یاری می کنند.

لو استرولگر اختر شناس و عضو تیم تلسکوپ هابل از دانشگاه وسترن کنتاکی در پایان خاطر نشان کرد : زمانی که نیروی گرانش ماده شناخته شده در کیهان کاهش می یابد،انرژی تاریک شروع به کشیدن ماده می کند.

تحقیق راجع به انرژی تاریک

منجمان برای اینکه رفتار انرژی تاریک  را در گذشته بفهمند باید نواحی دور دست کیهان را بررسی کنند . مناطقی که میلیاردها سال طول کشیده است تا نور آنها به زمین برسد . در مناطقی این چنسین دوردست ، کهکشانها و ابر نواخترها – علائم راهنمایی که در بررسی انرژی تاریک در همسایگی ماه از آنها استفاده می شود – تقریبا غیر قابل مشاهده هستند . بنابراین علائم راهنما در شاخصه های دیگری مورد نیاز است .

ویث و لوئب بررسی تشعشات رادیویی از هیدروژن خنثی را پیشنهاد می کند . طول موج این تشعشات از 21 سانتیمتر شروع می شود و با فرآیند انبساط جهان افزایش می یابد ( به این فرآیند انتقال سرخ گفته می شود ) .

وقتی جهان دوباره بوسیله کهکشانهای اولیه یونیزه شد ( زمانی در همان چند میلیارد سال اول ) ، درصد کمی از اتمهای هیدروژن بطور طبیعی و خنثی باقی ماندند و در توده های بزرگ توانستد از این مرحله جان سالم به در برند . تا پیش از این بررسیها ، منجمان نمی دانستد که می توان طول موج 21 سانتیمتر تابش شده بوسیله هیدروژن باقی مانده را شناسایی کرد . ویث و لوئب نشان داده اند که رصدخانه های آینده می توانند طول موج 21 سانتیمتری جهان دوردست و جوان را شناسایی کنند . حتی اگر بیشتر آن یونیزه شده باشد علاوه برآن ، اگر چه شدت سیگنال بعد از دوباره یونیزه شدن کاهش می یابد اما شدت یونیزه نیز کم می شود . در حقیقت ، طول موج 21 سانتیمتر تابش شده بوسیله هیدروژن خنثی می تواند از زمان حاضر تا زمانی که جهان فقط 200  میلیون سال سن داشت ( یعنی انتقال به سرخ 15 ) شناسایی شود .