«تلسکوپ فضایی جیمز وب» (JWST) یک عکس جدید را از «خوشه گلوله» (Bullet Cluster) گرفته که حاصل برخورد میان دو خوشه کهکشانی مجزاست.

به نقل از اسپیس، این عکس که با همکاری «رصدخانه پرتو ایکس چاندرا» تهیه شده، نه تنها محل و جرم ماده تاریک موجود را آشکار می‌سازد، بلکه راه را به سوی روزی باز می‌کند که بفهمیم ماده تاریک واقعاً از چه چیزی ساخته شده است.

در عکس جدید، گاز داغ درون خوشه گلوله را با رنگ صورتی کاذب می‌بینیم که توسط چاندرا شناسایی شده است. محل استنباطی ماده تاریک با رنگ آبی نشان داده شده که آن هم رنگ کاذب است، توجه داشته باشید که رنگ آبی و صورتی از هم جدا هستند. چه چیزی باعث جدا شدن ماده تاریک و گاز شده است و ستاره‌شناسان چگونه توانسته‌اند این نقشه را از مواد درون خوشه گلوله تهیه کنند؟

خوشه گلوله که در فاصله ۳.۹ میلیارد سال نوری از زمین قرار دارد، گاهی اوقات به عنوان یک نمونه بحث‌برانگیز برای مطالعات ماده تاریک مطرح شده است. در سال ۲۰۰۶، «تلسکوپ فضایی هابل» و رصدخانه پرتو ایکس چاندرا با همکاری یکدیگر از خوشه گلوله تصویربرداری کردند و وجود ماده تاریک آن را بر اساس چگونگی همگرایی گرانشی نور کهکشان‌های دورتر توسط جرم ماده تاریک نشان دادند.

برخورد‌های بین خوشه‌های کهکشانی، آزمایشگاه‌های کاملی برای آزمایش ایده‌های ما در مورد ماده تاریک به شمار می‌روند، زیرا آنها روش طبیعت برای کنار هم قرار دادن مقادیر قابل توجهی از این ماده هستند. این به دانشمندان فرصت می‌دهد تا چگونگی تعامل ذرات ماده تاریک با یکدیگر را آزمایش کنند. درجه هر گونه تعامل، سرنخ بزرگی درباره خواص ذره مرموز ماده تاریک خواهد بود.

به رغم وجود تصاویر چشمگیر هابل و چاندرا، خوشه گلوله و سایر برخورد‌های خوشه‌های کهکشانی همیشه به خوبی عمل نکرده‌اند. به عنوان مثال، سرعت برخورد زیرخوشه‌ها برای توضیح دادن توسط مدل استاندارد کیهان‌شناسی، بسیار زیاد به نظر می‌رسد.

اکنون تلسکوپ فضایی جیمز وب وارد این عرصه شده است. یک گروه پژوهشی به سرپرستی «سانگجون چا» (Sangjun Cha)، دانشجوی مقطع دکتری «دانشگاه یانسه» (Yonsei University) در کره جنوبی و «جیمز جی» (James Jee) استاد نجوم دانشگاه یونسی و «دانشگاه کالیفرنیا دیویس» (UC Davis) از تلسکوپ فضایی جیمز وب برای دستیابی به بهترین تصویر از خوشه گلوله استفاده کرده‌اند.

هابل و چاندرا پیش از این نشان داده بودند که همزمان با برخورد دو خوشه کهکشانی مجزا در خوشه گلوله، کهکشان‌ها و هاله‌های ماده تاریک اطرافشان از میان یکدیگر عبور کرده‌اند. این موضوع برای کهکشان‌ها منطقی است، زیرا فاصله بین آنها آن قدر زیاد است که احتمال برخورد مستقیم بین هر دو بسیار کم خواهد بود. همچنین، اطلاعات این دو تلسکوپ نشان می‌دهد که میزان تعامل ذرات ماده تاریک با یکدیگر کم است. در غیر این صورت، این تعامل ابر‌های ماده تاریک را کند می‌کرد و ما آن را نزدیک‌تر به جایی تشخیص می‌دادیم که چاندرا گاز داغ و ساطع‌کننده اشعه ایکس درون خوشه را می‌بیند. برخلاف ماده تاریک، این ابر‌های گازی بزرگ نمی‌توانند از سر راه یکدیگر کنار بروند. بنابراین، به یکدیگر برخورد می‌کنند و دیگر پیشروی نمی‌کنند.

نتیجه نهایی این است که گاز داغ در میان برخورد گیر می‌کند، کهکشان‌ها و ماده تاریک متعلق به هر زیرخوشه در دو طرف مقابل یافت می‌شوند و مستقیماً از میان یکدیگر عبور می‌کنند. جی گفت: بررسی‌های ما با جیمز وب، این موضوع را تأیید می‌کند. پراکندگی کهکشان‌ها از نزدیک ماده تاریک را ردیابی می‌کند.

تلسکوپ فضایی جیمز وب توانست برای اولین بار با شناسایی درخشش ترکیبی میلیارد‌ها ستاره که از کهکشان‌های خود به بیرون پرتاب شده‌اند و اکنون در فضای بین کهکشان‌ها در هر زیرخوشه آزادانه شناور هستند، نقشه بهتری را از توزیع ماده - چه معمولی و چه تاریک - در خوشه گلوله تهیه کند. سپس، گروه چا و جی توانستند از نور این ستارگان درون‌خوشه‌ای برای ردیابی وجود ماده تاریک و دستیابی به نقشه دقیق‌تری از توزیع آن در خوشه گلوله استفاده کنند.

در هر حال، این موضوع اسرار بیشتری را مطرح کرده است. نقشه دقیق‌تر ماده تاریک نشان می‌دهد که در زیرخوشه بزرگتر واقع در سمت چپ، ماده تاریک به شکل کشیده و چکش‌مانند قرار گرفته است. به گفته جی، به راحتی نمی‌توان این موضوع را با یک برخورد رو در رو توضیح داد.

این توده کشیده ماده تاریک به توده‌های کوچکتری تقسیم می‌شود که در مرکز درخشان‌ترین کهکشان‌های خوشه‌ای قرار دارند. کهکشان‌های بیضوی غول‌پیکر، درخشان‌ترین کهکشان‌ها در زیرخوشه واقع در هسته گرانشی آن هستند. هاله ماده تاریک در اطراف زیرخوشه طرف مقابل، کوچکتر و فشرده‌تر است.

گروه چا و جی معتقدند که توده کشیده ماده تاریک تنها زمانی می‌توانسته تشکیل شده باشد که آن زیرخوشه خاص که پیش از برخورد گلوله، یک خوشه کهکشانی مستقل بود، میلیارد‌ها سال پیش از تشکیل گلوله، تحت یک برخورد و ادغام مشابه با یک خوشه کهکشانی دیگر قرار گرفته باشد. جی گفت: چنین رویدادی می‌توانسته هاله ماده تاریک را به مرور زمان کشیده و تحریف کند و در نتیجه ساختار کشیده‌ای را که می‌بینیم، ایجاد کند.

با وجود اکتشافات جدید مانند مشاهدات دقیق‌تر جیمز وب از خوشه گلوله، هنوز اطلاعات کافی برای حل مسئله سرعت برخورد دو زیرخوشه وجود ندارد. جی گفت: حتی با این به‌روزرسانی‌ها، سرعت برخورد مورد نیاز نسبت به انتظارات از شبیه‌سازی‌های کیهان‌شناسی همچنان بالاست. این تنش همچنان ادامه دارد و همچنان یک حوزه فعال تحقیقاتی است.

این پژوهش در «The Astrophysical Journal Letters» به چاپ رسید.