جرم کیهان چقدر است؟

مدت ها است که محاسبه میزان مواد موجود در جهان، فکر کیهان شناسان را به خود مشغول کرده؛ دلیل اصلی این اشتغال ذهنی، این است که به نظر می رسد بخش زیادی از ماده موجود در جهان، غیر قابل مشاهده است.

ماده تاریک را در نظر بگیرید. این ماده را ماده تاریک می نامند چون با نور برهم کنش ندارد. زمانی که دریافتیم جاذبه گرانشی ماده مرئی معمولی به تنهایی برای توضیح چگونگی به هم پیوستن کهکشان ها و خوشه های کهکشانی کافی نیست، دانستیم این منبع مرموز جرم برای توضیح این پدیده بکار رفته است. از آن زمان، این پدیده به بخش بسیار مهمی از مدل استاندارد تبدیل شده، یعنی آن دست پنهان گرانش که به ساختار کیهان شکل می دهد.

ما تاکنون ماده تاریک را آشکارسازی نکرده ایم. با این همه، فیزیکدانان با مشاهده الگوی نوسان دما در زمینه ریزموج کیهانی (که نشان دهنده تاثیر متقابل ماده و انرژی در جهان اولیه است)، می توانند فراوانی آن را در مقایسه با ماده معمولی تخمین بزنند. نتیجه این تخمین، آن است که نسبت ماده تاریک به ماده معمولی، بیش از نسبت 5 به 1 است. کیهان تقریباً از 5 درصد ماده معمولی، 27 درصد ماده تاریک و 68 درصد انرژی تاریک (شکل مرموز دیگری از جرم/انرژی) تشکیل شده است. اینها مقدار پذیرفته شده اجزای جهان (البته تاکنون) است.

با این حال، به تازگی معمایی درباره اندازه گیری میزان تجمع کهکشان ها در مقیاس 8 کیلوپارسک پدید آمده است. (پارسک یکی از واحدهای سنجش مسافت در ستاره شناسی و برابر 3.26 سال نوری است). مقدار این کمیت (که به سیگما – 8 معروف است)، به میزان جرم موجود در جهان بستگی دارد زیرا گرانش حاصل از این جرم است که خوشه ها را جذب یکدیگر می کند. می توان این مقدار را بر اساس مشاهده ها، اندازه گیری یا بر اساس مدل استاندارد، پیش بینی کرد. در اینجا هم اندازه گیری های دقیق، اختلاف دردسرسازی ایجاد می کند.

مدل استاندارد با استفاده از نسبت های پذیرفته شده از انواع مختلف ماده و بررسی رفتار گرانش (که نسبیت عام آن را توصیف می کند)، پیش بینی می کند که مقدار سیگما – 8 باید 0.81 باشد. اما وقتی هندریک هیلدبرانت از دانشگاه رور در بوخوم آلمان و همکارانش در سال 2017 این مقدار را اندازه گیری کردند، به نتیجه متفاوتی رسیدند. او و گروهش از تکنیکی به نام عدسی گرانشی ضعیف استفاده کردند. در این روش، مقدار اعوجاج نور کهکشان های دوردست توسط اشیای پُر جرم بین ما و آنها اندازه گیری می شود. مقداری که آنها برای سیگما – 8 بدست آوردند، 0.74 است که نشان می دهد نسبت به آنچه ما در هنگام استفاده از مدل استاندارد پیش بینی می کنیم، ماده کمتری در جهان وجود دارد.

رصدخانه های آینده مانند رصدخانه زمینی ورا روبین و تلسکوپ فضایی اقلیدس سازمان فضایی اروپا (ESA) به اندازه گیری دقیق تر این کمیت می پردازند.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «جرم کیهان چقدر است؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله سلیمان فرهادیان در مجله دانشمند به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.