شکل مرموز ماده در اطراف کهکشان‌های اختروش می‌تواند پیامدهای عمیقی برای درک ما از چگونگی تکامل کیهان داشته باشد.

گروهی از اخترشناسان برای اولین بار هاله‌های ماده تاریک را که سیاهچاله‌های پرجرم فعال در قلب روشن کهکشان‌های باستانی را تغذیه می‌کنند، «وزن» کرده‌اند.

این اختروش‌ها اغلب از هر ستاره‌ای در کهکشان‌های اطرافشان درخشان‌تر هستند. این نواحی مرکزی فوق‌العاده درخشان، زمانی «مشتعل» می‌شوند که سیاه‌چاله‌های پرجرمی که می‌توانند میلیاردها برابر خورشید جرم داشته باشند، شروع به تغذیه از مواد اطراف آن‌ها می‌کنند.

براساس یک مطالعه جدید، دانشمندان بیان می‌کنند که هاله‌های ماده تاریک در اطراف چنین کهکشان‌های فعالی می‌توانند به حرکت ماده به سمت سیاه‌چاله مرکزی کمک کنند و به عنوان یک سرویس تحویل کیهانی عمل کرده و به تغذیه آن‌ها کمک کنند. این تحقیق جدید نشان می‌دهد که چنین مکانیسم تغذیه‌ای واقعا در اطراف صدها اختروش باستانی کار می‌کرده است و این فرآیند در طول تاریخ کیهان ثابت بوده است.

نوبوناری کاشیکاوا (Nobunari Kashikawa)، رهبر تیم و استاد گروه نجوم دانشگاه توکیو، در بیانیه‌ای گفت: ما برای اولین بار جرم معمولی هاله‌های ماده تاریک را که یک سیاهچاله فعال در جهان را احاطه کرده‌اند، اندازه گیری کردیم. ما متوجه شدیم که جرم هاله ماده تاریک اختروش‌ها تقریبا ثابت و حدود ۱۰ هزار میلیارد ( ۱۰ تریلیون) برابر جرم خورشید ما است. چنین اندازه گیری‌هایی از جرم هاله ماده تاریک جدیدتر در اطراف اختروش‌ها انجام شده است و این اندازه گیری‌ها به طرز شگفت انگیزی شبیه به چیزی است که ما در اختروش‌های باستانی‌تر می‌بینیم.

جالب توجه است که جرم مشخصی از هاله ماده تاریک وجود دارد که یک اختروش را فعال می‌کند، صرف نظر از اینکه میلیاردها سال پیش یا در حال حاضر ایجاد شده باشد.

ماهیت ماده تاریک یک مسئله مبرم برای علم است زیرا، علیرغم اینکه حدود ۸۵ درصد از کل ماده در جهان ما را تشکیل می‌دهد، با نور تعاملی ندارد و بنابراین برای ما نامرئی می‌ماند.

ستاره شناسان می‌توانند حضور ماده تاریک را از طریق اثرات گرانشی آن و تأثیر این اثرات بر ماده استاندارد روزمره که شامل ستارگان، غبار کیهانی و ابرهای گازی، سیارات در کهکشان‌ها و همچنین نور عبوری از آن کهکشان‌ها می‌شود، استنتاج کنند. این اثر گرانشی گریزان در نهایت دانشمندان را به سوی این درک سوق داد که بیشتر کهکشان‌ها باید در نوعی هاله ماده تاریک پیچیده شده باشند زیرا کهکشان‌ها تنها با گرانش ماده مرئی درون خود، قادر نخواهند بود در حالی که با سرعت زیاد می‌چرخند کنار هم بمانند.

اما حتی زمانی که این روش‌های استنتاج ماده تاریک اصلاح می‌شوند، اندازه‌گیری جرم این ماده غیرقابل مشاهده در هاله‌های اطراف کهکشان‌های مجاور دشوار است. و اندازه گیری ماده تاریک در اطراف کهکشان‌های دورتر و در نتیجه اولیه، چالش برانگیزتر است زیرا نوری که از این کهکشان‌ها می‌آید بسیار ضعیف است.

با این حال، کاشیکاوا نمی‌خواست این چالش‌ها مانع او شود. او و تیمش می‌خواستند درک بهتری از چگونگی رشد سیاه‌چاله‌ها در کیهان اولیه داشته باشند و به لطف درخشندگی صدها مورد از بزرگ‌ترین و قدرتمندترین سیاه‌چاله‌ها که به اختروش‌ها سوخت می‌دادند، محققان توانستند هاله‌های ماده تاریک را در اطراف کهکشان‌های باستانی برای اولین بار اندازه‌گیری کنند.

نور ساطع شده از این اختروش‌های باستانی ۱۳ میلیارد سال طول کشیده تا در کیهان سفر کند و از طریق تلسکوپ‌ها به ما برسد. در طول این سفر حماسی، این نور انرژی خود را از دست داده، و طول موج‌های آن کشیده شده‌اند، و آنها را از انتهای قرمز طیف نور مرئی به طول‌موج‌های نور فروسرخ تبدیل کرده است. فرآیندی که ستاره‌شناسان آن را «انتقال سرخ» می‌نامند. در سال ۲۰۱۶، کاشیکاوا و تیمش شروع به جمع‌آوری داده‌های فروسرخ از طیف وسیعی از بررسی‌های نجومی انجام‌شده توسط ابزارهای مختلف، به‌ویژه تلسکوپ سوبارو در هاوایی کردند.

این کار به آنها اجازه داد تا ببینند چگونه نور حاصل از این اختروش‌ها توسط تأثیر گرانشی ماده تاریک تغییر یافته است، ماده‌ای که مانند همه مواد با جرم، تار و پود فضا را منحرف می‌کند و در نتیجه مسیر نور را منحنی می‌کند. فرآیندی که اخترشناسان آن را همگرایی گرانشی می‌نامند. اندازه‌گیری درجه تاب خوردگی و مقایسه آن با مقدار تاب خوردگی که باید در نتیجه‌ انبوه ماده‌های روزمره به شکل گاز، غبار و ستاره در این کهکشان‌ها ایجاد شود، جرم ماده تاریک پنهان را آشکار می‌کند.

تحقیقات این تیم در روز هشتم سپتامبر در مجله Astrophysical منتشر شد.