هاله سیاه گرداگرد راه شیری

محققان دانشگاه کالیفرنیا با استفاده از ابر کامپیوتر ناسا و با انجام عملیات شبیه سازی موفق به تعیین طول عمر و شناخت روند تحول ماده سیاهی که همچون هاله ای گرداگرد کهکشان راه شیری را فرا گرفته است, شدند.



محققان دانشگاه کالیفرنیا با استفاده از ابر کامپیوتر ناسا و با انجام عملیات شبیه سازی موفق به تعیین طول عمر و شناخت روند تحول ماده سیاهی که همچون هاله ای گرداگرد کهکشان راه شیری را فرا گرفته است, شدند. نتایج حاصله توسط این محققان لایه های درونی ماده سیاه را با جزییاتی بی نظیر به معرض نمایش می گذارد که این زمینه ساز مناسبی برای آگاهی از تاریخ تحول کهکشان را ه شیری محسوب می شود.



باید دانست هر کهکشانی در هاله ا ی از ماده ای اسرار آمیز به نام ماده سیاه پوشانده شده است که وجود آن تنها به طور غیر مستقیم و از طریق مشاهده تاثیرات گرانشی آن تشخیص داده می شود و بسیار بسیار بزرگتر و کروی تر از کهکشان درخشانی است که در دل خود جای داده است. مطالعات جدید بر اساس داده های شبیه سازی کامپیوتری اطلاعات بسیار ارزشمند تری نسبت به دانسته های پیشین ما در اختیارمان قرار می دهد.این اطلاعات حاکی از آن است که ماده سیاه به طرز شگفت آوری پر جرم و پرچگال است و ساختا رچگالی آن به گونه است که درلایه های درونی تر چگالی آن افزون تر می باشد .



ما تا کنون 10000 لایه کروی مانند از ماده سیاه گرد کهکشان راه شیری کشف کرده ایم که برخی از آنها خود لایه های درونی تری را در بر می گیرند. البته این کشف از دیدگاه تئوریکی کاملا پیش بینی شده بود , اما این برای اولین بار است که در یک شبیه سازی کامپیوتری با کمک ریاضیات نمایش داده می شود.



البته مشاهدات صورت گرفته توضیح پدیده " مشکل قمر های گم شده " را مشکل تر می سازد. این مشکل به این صورت است که آن دسته از توده های مواد غیر سیاه که در داخل و اطراف کهکشان را ه شیری ما- به شکل کهکشانهای کوتوله اقماری وجود دارند – با مواد سیاهی که در شبیه سازی دیده شده است متفاوت هستند. اختر شناسان تا کنون موفق به کشف 15 کهکشان کوتوله شده اند که با مقایسه با 120 هاله ماده تاریک بسیار بزرگی که کهکشان را ه شیری ما را در برگرفته مشتاقانه در جستجوی یافتن پاسخی برای این سوال هستند که کدامیک از این هاله ها و به چه دلیل در بر گیرنده این کهکشانهای کوتوله هستند؟ البته شاید آن دسته از مدلهای تئوریکی در خصوص نحوه تشکیل ستا ره ها که متکی بر هاله های پر جرم ماده سیاه هستند بتوانند به حل این مشکل کمک کنند.



اگر چه هنوز طبیعت ماده سیاه همچنان برای ما در هاله ای از ابهام باقی مانده است اما می دانیم که نه تنها 82 درصد از ماده موجود در جهان از ماده سیاه تشکیل شده است بلکه تحولات ساختاری در جهان هستی در اثر کنشهای گرانشی این ماده صورت گرفته است .28 درصد مانده باقیمانده که عموما همان مواد تشکیل دهنده گازها و ستاره ها هستند به داخل چاله های جاذبه ای که از تجمع توده های پر جرم ماده سیاه به وجود آمده اند افتاده اند و بعدها به صورت کهکشانهایی در دل ماده سیاه پدیدار شدند.



در حقیقت پس از انفجار بزرگ نیروی گرانش بین توده های کم چگال و سرگردان ماده سیاه موجب بهم پیوستن آنها و تشکیل توده های بزرگ و پر چگال شد .روند ادغام تا تشکیل توده های بزرگ تر و پر چگال تر ادامه داشت. این تحقیق با کمک محققان دانشگاه کالیفرنیا و بر اساس داده های یابنده WMAP و از طریق شبیه سازی در یکی از سریعترین کامپیوتر های دنیا در طول دو ماه و با 320000 هزار ساعت کارکرد 300 تا 400 پردازشگر کامپیوتری صورت گرفت. زمان مورد نظر در این شبیه سازی از 50 میلیون سال پس از انفجار بزرگ بوده آغاز می شود که در این شبیه سازی, کنشهای گرانشی ماده سیاه در طی 13.7 بیلیون سال تا زمان ایجاد هاله ماده تاریک در اطراف کهکشان راه شیری , با همان مقیاس موجود , مورد بررسی قرار می گیرد. توده های داخلی موجود در هاله مادر در واقع باقیمانده ادغام هسته های توده های کوچکتر ماده سیاه هستند که در مدارهای گرانشی هاله های درونی در گردشند.



در این تحقیق پنج هاله درونی پر جرم (هر یک جرمی معادل 3 برابر خورشید دارند )و چند هاله کوچکتر که جمعا 10 در صد جرم هاله مادر را تشکیل می دهند شبیه سازی شده است و هنوز تنها یک کهکشان کوتوله شناخته شده در نزدیکی مرکز کهکشان راه شیری یافت شده است .



از طرفی توده های بزرگی از ماده سیاه در داخل کهکشان راه شیری مشاهده شده است . به این ترتیب به نظر می رسد در اطراف منظومه خورشیدی ما پراکندگی ماده تاریک باید خیلی بیش تر و پیچیده تر از آنچه تا کنون تصور می کردیم باشد .



بد نیست بدانید اختر شناسان در صورتی می توانند توده های ماده تاریک را در داخل هاله ماده تاریکی که راه شیری را در بر گرفته با تلسکوپهای آشکار ساز اشعه گاما شناسایی کنند که ذرات تشکیل دهنده ماده تاریک از نوعی باشند که در مقابل پرتو گاما خود را نشان دهند. البته انواعی از ذرات بعنوان ذرات تشکیل دهنده ماده سیاه پیشنهاد شده است . بعنوان مثال نوترالینو که در تئوری بنیادی "ابر تقارن" مطرح شده است _این ذرات در صورت بر خورد با یکدیگر کاملا نابود می شوند و ذرات جدیدی تشکیل می دهند که این عمل منجر به تولید اشعه گاما می شود .



در حال حاضر تلسکوپهای آشکار ساز اشعه گاما از قدرت شناسایی آن دسته از ماده های سیاهی که نابود می شوند را ندارند, اما تلسکوپهای جدیدتری در دست ساخت است که با حساسیت بیشتر از این قابلیت برخوردار می باشند .بنابراین امید هست که در آینده بتوان علائمی از لایه های درونی تر را پیدا کرد .



شبیه سازی همچنین ابزار قدرتمندی برای اختر شناسان فراهم می کند تا بتوانند به شناخت درستی از مراحل اولیه شکل گیری کهکشا ن راه شیری دست یابند .



اولین کهکشانهای کوچک در حدود 500 میلیون سال بعد از انفجار بزرگ به وجود آمدند و در حال حاضر ستاره هایی با این قدمت و طول عمر در کهکشان ما وجود دارند. این شبیه سازی به ما در دانستن منشا پیدایش این ستا ره های قدیمی کمک می کند و اینکه این ستا ره ها چگونه سر از کهکشان های کوتوله در آوردند و چگونه درمدارهای مشخصی در هاله های ماده سیاه قرار گرفتند.