کاروتک

تکنولوژی و علمی

تلویزیون و سینما

تلویزیون کاروتک

ماده تاریک، یکی از مرموزترین و در عین‌حال فراگیرترین مواد در کیهان است. با کارو تک در راه شناخت و کشف این ماده‌ی مرموز و عجیب همراه باشید.

در حالی که چیزهایی مانند انسان، زمین، خورشید، و هر چیزی که در فضا نور ساطع یا جذب می‌کند، از جمله پروتون نوترون و الکترون، همه و همه از ماده معمولی ساخته شده‌اند، تمام آن‌ها تنها یک ششم از کل جرم جهان را تشکیل می‌دهند. بنابراین، می‌توانیم این احتمال را بدهیم که پنج ششم باقی‌مانده، می‌تواند ماده تاریک باشد.

ما می‌توانیم بگوییم که ماده تاریک وجود دارد و حتی برخی از ویژگی‌های آن را می‌توانیم مشاهده و استنباط کنیم؛ به‌ویژه زمانی که از علم اخترفیزیک کمک می‌گیریم. اما نمی‌توانیم این واقعیت را که ماده تاریک تاکنون از تشخیص مستقیم و آزمایشگاهی طفره رفته است، انکار کنیم. این بدان معنا است که ما هنوز پرسش‌های بسیار بسیار زیادی درباره‌ی ماده‌ تاریک داریم.

به‌نظر می‌رسد ماده تاریک در سراسر کیهان به‌صورت شبکه‌ای پراکنده شده است. اما با تأیید این‌که گرانش هم در داخل و هم در خارج از منظومه شمسی ما یکسان عمل می‌کند، محققان شواهد بیش‌تری برای وجود ماده تاریک ارائه می دهند؛ چرا که علاوه‌بر ماده تاریک، احتمال داده می‌شود که انرژی تاریک نیز وجود دارد! یک نیروی نامرئی مسئول انبساط کیهان که بر خلاف گرانش عمل می‌کند و همه چیز را پیچیده‌تر می‌کند.

لازم به‌ذکر است که ماده تاریک با انرژی تاریک متفاوت است و در ادامه به بررسی هر دوی آن‌ها می‌پردازیم.

انرژی تاریک،‌ فراوان‌ترین انرژی در جهان!

ابتدا بیایید درباره‌ی انرژی تاریک صحبت کنیم. در اوایل دهه 1990، یک چیز در مورد انبساط جهان کاملاً قطعی بود؛ ممکن است چگالی جهان انرژی کافی برای متوقف کردن انبساط را داشته باشد و حتی ممکن است چگالی آن‌قدر کم باشد که انبساط هیچ‌وقت متوقف نشود، اما گرانش مطمئناً و به‌طور قطع با گذشت زمان انبساط را کاهش می‌دهد. مسلماً، این کندی به‌صورت فیزیکی قابل مشاهده نبود، اما از نظر تئوری، جهان باید کند می‌شد. محققان در آن زمان دلیل این کند شدن را این‌گونه بیان می‌کردند: جهان پر از ماده است و نیروی جاذبه همه مواد را به سمت هم می‌کشد. سپس در سال 1998، رصدهای تلسکوپ فضایی هابل (HST) از ابرنواخترهای بسیار دور از راه رسیدند و تمام تصورات ما را به‌هم ریختند؛ این رصد‌ها نشان می‌دادند که مدت‌ها پیش، جهان کندتر از امروز منبسط می‌شد. بنابراین انبساط جهان به دلیل گرانش کند نبوده است و همان‌طور که همه فکر می‌کردند، انبساط شتاب گرفته است. هیچ‌کس انتظار این اتفاق را نداشت، هیچ‌کس نمی‌دانست چگونه می‌توان آن را توضیح داد، اما همه می‌دانستند که یک چیز ناشناخته سبب این اتفاق شده است.

در نهایت نظریه‌پردازان به سه نوع استدلال رسیدند. شاید این نتیجه، نسخه‌ای از نظریه گرانش اینشتین بود که مدت‌ها بود بی‌استفاده مانده بود؛ نظریه‌ای که حاوی چیزی بود که «ثابت کیهانی» نامیده می‌شد. شاید نوعی مایع انرژی عجیب وجود داشته باشد که فضا را پر کرده است. شاید مشکلی در نظریه گرانش اینشتین وجود داشته باشد و یک نظریه جدید می‌تواند شامل نوعی میدان باشد که این شتاب کیهانی را ایجاد می‌کند. نظریه‌پردازان هنوز که هنوز است، نمی‌توانند توضیح کاملا درستی برای این پدیده بیان کنند، اما برای آن یک نام گذاشته‌اند و به آن انرژی تاریک می‌گویند.

این انرژی، بیشتر از این‌که شناخته‌شده باشد، ناشناخته است. تنها چیزی که ما می‌دانیم، این است که انرژی تاریک به‌دلیل تأثیری که روی انبساط جهان می‌گذارد، وجود دارد. غیر از این، تمام انرژی تاریک برای ما انسان‌ها یک راز است. اما این یک راز مهم است که بعد از پیدا کردن جواب آن، می‌تواند تمام زندگی ما را تحت‌تأثیر قرار دهد. به‌نظر می‌رسد که تقریباً 68 درصد از کل کیهان را انرژی تاریک تشکیل می‌دهد و ماده تاریک نیز حدود 27 درصد آن را تشکیل می‌دهد. بقیه‌ی چیزها، یعنی همه چیز‌های روی زمین و همه چیزهایی که تا به‌حال ما انسان‌ها مشاهده کرده‌ایم، کم‌تر از 5 درصد از کیهان را تشکیل می‌دهند. اندکی فکر کنید؛ شاید اصلاً نباید آن را یک ماده عادی نامید!

استدلال اول برای انرژی تاریک این است که این انرژی یک ویژگی در فضا است. آلبرت اینشتین اولین کسی بود که متوجه شد فضا به‌تنهایی، خالی نیست. فضا دارای خواص شگفت‌انگیزی است که درک بسیاری از آن‌ها تازه برای بشر آغاز شده است. اولین خاصیتی که اینشتین کشف کرد این بود که امکان به‌وجود آمدن فضای بیش‌تری وجود دارد. سپس یک نسخه از نظریه گرانش اینشتین، نسخه‌ای که حاوی یک موضوع به‌نام «ثابت کیهانی» است، پیش‌بینی دیگری را انجام می‌دهد: فضای خالی می‌تواند انرژی مخصوص خود را داشته باشد. از آن‌جایی که این انرژی از ویژگی‌های خود فضا است، با گسترش فضا رقیق نمی‌شود اما با به‌وجود آمدن فضای بیش‌تر، مقدار بیش‌تری از این انرژی در جهان ظاهر می‌شود. در نتیجه، این شکل از انرژی باعث می‌شود که جهان سریع‌تر، سریع‌تر، و باز هم سریع‌تر از قبل منبسط شود. متأسفانه، هیچ‌کس نمی‌داند که حتی چرا چیزی به اسم ثابت کیهانی حتی در نظریه اینشتین وجود دارد؛ تنها چیزی که می‌دانیم، همان‌طور که گفته شد این است که این موضوع سبب می‌شود تا جهان با سرعت بیش‌تری منبسط شود.

استدلال دومی که برای انرژی تاریک داریم، مربوط به یکی از نظریه‌های فیزیک کوانتوم می‌شود. در این نظریه، «فضای خالی» مملو از ذرات موقتی است که به‌طور مداوم شکل می‌گیرند و سپس ناپدید می‌شوند. اما زمانی که فیزیک‌دانان سعی کردند محاسبه کنند که این انرژی چقدر فضا اضافه می‌کند، به پاسخ اشتباهی رسیدند. البته بهتر است بگوییم که اصلا به پاسخی نرسیدند؛ چرا که عددی که آن‌ها به‌دست آوردند 10120 برابر بیش‌ازحد بزرگ بود یا به‌عبارتی دیگر، آن عدد، 1 با 120 صفر بعد از آن است. گرفتن جوابی به این افتضاحی واقعا سخت است و متأسفانه باید گفت که این راز کماکان ادامه دارد.

آخرین و سومین استدلال این است که نظریه گرانش اینشتین صحیح نیست. این امر نه تنها بر انبساط کیهان تأثیر می‌گذارد، بلکه بر نحوه رفتار مواد عادی در کهکشان‌ها و خوشه‌‌های کهکشانی نیز تأثیر می‌گذارد. اما مشکل این است که اگر بگوییم که نظریه گرانش اینشتین غلط است و به یک نظریه جدید نیاز داریم،‌ سوالاتی مطرح می‌شوند که هیچ پاسخی برای آن‌ها نداریم؛ به‌طور مثال، ما می‌توانیم مشاهده کنیم که کهکشان‌ها چگونه در خوشه‌ها گرد هم می‌آیند، اما اگر معلوم شود که یک نظریه جدید گرانش مورد نیاز است، این نظریه چه نوع نظریه‌ای خواهد بود؟ چگونه می‌تواند به درستی حرکت اجسام در منظومه شمسی را همان‌طور که نظریه اینشتین انجام می‌دهد، توصیف کند و در عین‌حال پیش‌بینی‌های متفاوتی را برای جهانی که به آن نیاز داریم به ما ارائه دهد؟ در حال حاضر نیز تئوری‌هایی در این زمینه وجود دارند، اما هیچ‌کدام قانع‌کننده نیستند. بنابراین مثل همیشه، این راز ادامه دارد.

یکی دیگر از استدلال‌های تقریبا کم‌ارزش برای انرژی تاریک این است که این نوع انرژی از سیال یا میدان انرژی دینامیکی سرمنشأ می‌گیرد؛ چیزی که تمام فضا را پر می‌کند، اما تأثیر آن بر انبساط کیهان برعکس اثر ماده و انرژی معمولی است. برخی از نظریه‌پردازان نام این پدیده را «اثیر (quintessence)» را برگرفته از عنصر پنجم فیلسوفان یونانی گذاشته‌اند. اما اگر اثیر پاسخ ما باشد، ما هنوز نمی‌دانیم که این انرژی دقیقا چگونه است، با چه چیزی تعامل دارد و اصلا چرا وجود دارد. بنابراین راز ما هنوز هم ادامه دارد.

تنها چیزی که برای انتخاب توضیح درست از انرژی تاریک نیاز داریم، داده‌های بیش‌تر و بهتر است که به‌نظر می‌رسد فعلا نمی‌توانیم به آن‌ها دست پیدا کنیم.

ماده تاریک چیست؟

حال که فهمیدیم انرژی تاریک چیست، اکنون بیایید به این بپردازیم که ماده تاریک چیست. دانشمندان با تطبیق یک مدل نظری از ترکیب جهان به مجموعه‌ای از مشاهدات کیهان‌شناسی، همان‌طور که در بالا توضیح دادیم، توانستند متوجه شوند که 68 درصد کیهان را انرژی تاریک، 27 درصد ماده تاریک و 5 درصد آن را ماده معمولی تشکیل داده است. اما سوال این است، ماده تاریک چیست؟

برعکس انرژی تاریک، ما بیش‌تر از این‌که بدانیم ماده‌ی تاریک وجود دارد، می‌دانیم که ماده‌ی تاریک چیست. اول از همه باید گفت که منظور از واژه‌ی تاریک این است که این ماده به‌شکل ستاره‌ها و سیاراتی که ما می‌‌بینیم نیست. در وهله‌ی اول، مشاهدات نشان می‌دهد که ماده قابل مشاهده در جهان بسیار کم است و نمی‌تواند 27 درصد ماده مورد نیاز را تشکیل دهند. در وهله‌ی دوم، این ماده به‌شکل ابرهای تیره از ماده معمولی نیست، بلکه ماده‌ای است که از ذراتی به‌نام باریون تشکیل شده است؛ دلیل آن این است که ما می‌توانیم ابرهای باریونی را با جذب تشعشعات عبوری از آن‌ها تشخیص دهیم. ثالثاً، ماده تاریک یک پادماده نیست؛ زیرا ما پرتوهای گامای منحصر‌به‌فردی را که هنگام نابودی پادماده تولید می‌شوند در آن نمی‌بینیم. در نهایت، بر اساس تعداد لنزهای گرانشی که می‌بینیم، می‌توانیم سیاه‌چاله‌های بزرگی که به‌اندازه کهکشان‌ها هستند را را به‌عنوان ماده تاریک رد کنیم. (البته سیاه‌چاله‌هایی که خیلی بزرگ نیستند،‌ هنوز هم در این لیست باقی می‌مانند)

اما ماده تاریک از کجا می‌آید؟ پاسخ واضح این است که ما نمی‌دانیم. اما چند نظریه وجود دارد. مطالعه‌ای که در دسامبر 2021 در مجله Astrophysical منتشر شد، استدلال می‌کند که ماده تاریک ممکن است در سیاه‌چاله‌ها متمرکز شده باشد؛ دروازه‌های قدرت‌مندی که به‌دلیل نیروی شدید گرانشی که دارند، همه چیز را در مجاورت خود می‌بلعند. به این ترتیب، ماده تاریک در بیگ‌بنگ همراه با سایر عناصر تشکیل‌دهنده کیهان همان‌طور که امروز می‌بینیم، ایجاد شده است.

با این حال، در این مرحله هنوز چند احتمال برای ماده تاریک وجود دارد که بیش‌تر قابل اطمینان هستند. یکی از مهم‌ترین آن‌ها این است که ماده باریونی هم‌چنان می‌تواند ماده تاریک را بسازد. این احتمالات به‌عنوان اجسام جمع‌و‌جور هاله یا «MACHO» شناخته می‌شوند و متأسفانه اندکی پیچیده هستند که در این مقاله نمی‌گنجند. فقط در این حد بدانید که رایج‌ترین تئوری MACHO این است که ماده تاریک به‌هیچ‌وجه باریونی نیست، بلکه از ذرات عجیب‌و‌غریب دیگری مانند آکسیون‌ها تشکیل شده است؛‌ در واقع اگر این تئوری درست باشد، بسیاری از چیز‌هایی که ما تاکنون درباره‌ی ماده تاریک کشف کرده‌ایم، نقض می‌شوند و چندین مرحله به عقب بر می‌گردیم.

ماده تاریک باید طبیعت سردی داشته باشد. در تئوری، هر ذره‌ای که تاکنون کشف نشده است،‌ می‌تواند مرتبط به ماده تاریک باشد، می‌تواند جرم داشته باشد، می‌تواند سرعت نداشته باشد و می‌تواند سرعتی فراتر از سرعت نور داشته باشد. اما اگر ماده تاریک سرعت زیادی داشته باشد، ویژگی‌های تشکیل ساختار را در مقیاس‌های کوچک نقص می‌کند و به ساختارهایی متفاوت از آن‌چه که ما می‌توانیم مشاهده کنیم تبدیل می‌شود.

ماده تاریک در همه‌ی کهکشان‌ها وجود دارد

تأثیرات ماده تاریک، به‌طور متوسط، در کوچک‌ترین کهکشان‌ها غالب است. این مورد کمی غیر منطقی به‌نظر می‌رسد، اما عملاً به هر کجا که نگاه می‌کنیم از نظر مشاهداتی تأیید شده است. طبق قوانین گرانش، همه اشکال ماده به‌طور یکسان رفتار می‌کنند. اما سایر نیروها، مانند نیروهای هسته‌ای و الکترومغناطیسی، فقط بر ماده عادی تأثیر می‌گذارند. به‌طور مثال، هنگامی که یک انفجار بزرگ از تشکیل ستاره در یک کهکشان اتفاق می‌افتد، تمام آن تشعشعات به‌سادگی از ماده تاریک عبور می‌کنند، اما می‌توانند با ماده معمولی برخورد کرده و جذب آن شوند.

این بدان معنا است که اگر جرم یک کهکشان کم باشد، ماده معمولی را می‌توان با انفجار‌های حاصل از تشکیل ستارگان دفع کرد. به‌عبارتی دیگر، هرچه کهکشانی کوچک‌تر باشد و جرم کم‌تری داشته باشد، مقدار ماده معمولی بیشتری رانده می‌شود، در حالی که تمام ماده تاریک در جای خود باقی می‌ماند. در برجسته‌ترین نمونه‌ها، کهکشان‌های کوتوله Segue 1 و Segue 3، هر دو ماهواره کهکشان راه شیری، حاوی تنها چند صد ستاره هستند، اما در مجموع حدود 600000 جرم خورشیدی مواد دارند. نسبت ماده تاریک به ماده معمولی در این کهکشان‌ها تقریباً 600 به 1 است، در حالی که در اکثر ساختارهایی با مقیاس بزرگ، این نسبت 5 به 1 است.

ماده تاریک در همه‌ی کهکشان‌ها وجود ندارد!

حتما اکنون با خودتان می‌گویید که نویسنده‌ی این مطلب دچار اشتباه شده است؛ اما به‌عنوان نویسنده این مطلب، در جواب شما باید بگویم که این‌گونه نیست! بلکه همان‌طور که تحقیقاتی وجود دارند که ثابت می‌کنند ماده تاریک در همه کهکشان‌ها وجود دارد، دقیقا تحقیقاتی ضد همین موضوع وجود دارند که ادعا می‌کنند ماده تاریک در همه کهکشان‌ها وجود ندارد.

به‌نظر می‌رسد کهکشان‌های مختلف حاوی مقادیر متفاوتی از ماده تاریک هستند. در سال 2016، تیمی به رهبری Van Dokkum کهکشانی به نام Dragonfly 44 پیدا کردند که به‌نظر می‌رسید تماماً از ماده تاریک تشکیل شده است. از سوی دیگر، در سال 2018 ستاره‌شناسان چندین کهکشان را پیدا کردند که به‌نظر می‌رسید به‌‌طور کلی فاقد ماده تاریک هستند.

نیروی گرانش نه تنها بر مدار ستارگان در کهکشان‌ها، بلکه بر مسیر نور نیز تأثیر می‌گذارد. فیزیک‌دان معروف آلبرت اینشتین در اوایل قرن بیستم نشان داد که اجرام عظیم در جهان به‌دلیل نیروی گرانش خود نور را خم می‌کنند و منحرف می‌کنند. این پدیده عدسی گرانشی نام دارد. ستاره‌شناسان با مطالعه چگونگی تحریف نور توسط خوشه‌های کهکشانی، توانستند نقشه‌ای از ماده تاریک را در کیهان مشخص کنند. سپس توانستند کهکشان‌هایی را پیدا کنند که طبق این نقشه، فاقد ماده تاریک است. این‌گونه بود که دو حذب مختلف برای وجود ماده تاریک در کهکشان‌ها به‌وجود آمد.

آیا ماده تاریک تا ابد پایدار است یا روزی از بین خواهد رفت؟

همان‌طور که گفته شد، ما می‌دانیم که ماده تاریک باید در نسبت 5 به 1 با ماده معمولی در زمانی که کیهان تنها چند هزار سال قدمت داشت وجود داشته باشد. از مشاهدات ساختارهایی در مقیاس بزرگ و مراکز کهکشان‌ها، می‌توانیم متوجه شویم که نسبت ماده تاریک به ماده معمولی در 13.8 میلیارد سال گذشته اصلا تغییر نکرده است و اگر هم تغییر کرده باشد، میزان تغییر آن قابل اندازه‌گیری نیست.

اما آیا ماده تاریک می‌تواند در مقیاس‌های زمانی طولانی‌تر از سن کیهان فروپاشی کند؟ ما هنوز راهی برای دانستن این سوال نداریم. ما داریم درباره‌ی چند میلیارد سال صحبت می‌کنیم، این بدان معنا است که ممکن است در آینده‌ای بسیار دور، حتی زمانی که ستارگان هنوز در حال سوختن هستند، ماده تاریک به ماده عادی یا پادماده تجزیه شود. اما تا زمانی که ندانیم خواص ماده تاریک چیست، این مورد هم یک راز باقی خواهد ماند.

آیا ما می‌توانیم با انجام آزمایش‌های انسانی این ماده را مشاهده کنیم؟

از آن‌جایی که ما نمی‌توانیم ماده تاریک را ببینیم، آیا واقعا می‌توانیم آن را مطالعه کنیم؟ دو رویکرد برای شناخت بیش‌تر این ماده‌ی مرموز وجود دارد. ستاره‌شناسان با مشاهده خوشه‌بندی مواد و حرکت اجرام در جهان، توزیع ماده تاریک در جهان را مطالعه می‌کنند. از سوی دیگر، فیزیک‌دانان کوانتوم در تلاش برای شناسایی ذرات بنیادی سازنده ماده تاریک هستند. شاید ما در آستانه یافتن یک سرنخ تجربی در مورد این‌که ماده تاریک واقعاً چیست هستیم. اما شاید هم نه؛ شاید تنها کاری که می‌خواهیم انجام دهیم این است که برای چیزهایی که می‌دانیم چگونه اندازه‌گیری کنیم، محدودیت‌هایی قائل شویم. ما هیچ راهی نداریم که بدانیم آیا آزمایش‌هایی که در حال حاضر انجام می‌دهیم حتی می‌توانند ماهیت ماده تاریک را صرف نظر از این‌که چیست، آشکار کنند یا خیر. خیلی ساده بخواهم بگویم، ما عملا در هاله‌ای از ابهام به سر می‌بریم.

به‌طور مثال، یکی از آزمایش‌هایی که شاید می‌تواند ما را به ماده تاریک نزدیک کند، آزمایشی است که در ایستگاه فضایی بین‌المللی آلفا با نام طیف‌سنج مغناطیسی انجام شده است. این طیف‌سنج می‌تواند پادماده را در پرتو‌های کیهانی تشخیص دهد. هم‌چنین از سال 2011 تا اکنون، بیش از 100 میلیارد پرتو کیهانی به آن اصابت کرده است که داده‌های شگفت‌انگیزی را از ترکیب ذرات در حال عبور از کیهان ارائه می‌دهند.

ساموئل تینگ، دانشمند ارشد AMS و برنده جایزه نوبل از موسسه فناوری ماساچوست، در رابطه با این آزمایش گفت:

ما مقدار اضافی پوزیترون (همتای پادماده الکترون) را اندازه‌گیری کرده‌ایم و این مقدار مازاد می‌تواند از ماده تاریک باشد. اما در حال حاضر، ما هنوز به داده‌های بیش‌تری نیاز داریم تا مطمئن شویم که این مقدار مازاد، ماده تاریک است و از سایر منابع ناشناخته دیگر اخترفیزیک نیست. این موضوع نیاز دارد که چند سال دیگر کار کنیم.

البته انتظار می‌رود تلسکوپ فضایی جیمز وب که پس از 30 سال توسعه در 25 دسامبر 2021 به فضا پرتاب شد، در شکار این ماده گریزان نقش داشته باشد. این تلسکوپ نمی‌تواند به‌صورت مستقیم ماده تاریک را مشاهده کنید؛ اما انتظار می‌رود که از طریق مشاهده تکامل کهکشان‌ها از ابتدایی‌ترین مراحل آن، اطلاعات بیش‌تری را به ما ارائه دهد که قبلا دسترسی به آن‌ها غیرممکن بوده است.

نکته جالب این است که این امکان وجود دارد که در آزمایش‌های مختلف، یک ذره دیگر را به‌جای ماده تاریک را دریافت کنیم، اما این امکان نیز وجود دارد که روش‌هایی که در حال حاضر با استفاده از آن‌ها به‌دنبال ماده تاریک هستیم، هرگز به ثمر ننشینند. با این وجود، ما نه تنها از شواهد اخترفیزیکی می‌دانیم که ماده تاریک وجود دارد، بلکه به‌طور قطعی مقدار زیادی از اطلاعات را در مورد این‌که چیست، چگونه رفتار می‌کند و چه چیزی نمی‌تواند باشد، کشف کرده‌ایم. در تلاش برای درک این کیهان بزرگ، یک چیز بیش‌تر از همه چیز در حال حاضر برجسته است: ما باید از نظر فکری کاملا دقیق و صادق در مورد آن‌چه می‌دانیم، آن‌چه نمی‌دانیم، و آنچه نامطمئن هستیم باشیم.

پی‌نوشت

اخترفیزیک: به‌زبان ساده،‌ اخترفیزیک شاخه‌ای از علوم نجمومی است که ما در آن از قوانین فیزیک و شیمی برای درک بهتر جهان خود استفاده می‌کنیم.

انبساط جهان: فرض کنید که یک بادکنک باد نشده دارید و روی آن تعدادی نقطه را با خودکار مشخص می‌کنید. اکنون همان بادکنک را باد می‌کنید و همان‌طور که متوجه می‌شوید، نقاطی که مشخص کرده‌اید در حال فاصله گرفتن از یک‌دیگر هستند. انبساط جهان نیز یک چیزی مانند باد کردن بادکنک است؛ یعنی هر چقدر زمان بیش‌تری بگذرد، فاصله اجسام در کیهان از هم‌دیگر زیادتر می‌شود.

ابرنواختر: ابرنواختر بزرگ‌ترین انفجاری است که بشر می‌تواند ببیند و زمانی رخ می‌دهد که یک ستاره در حال مرگ باشد. این انفجار با به‌شدت درخشان و قدرت‌مند است.

نظریه گرانش اینشتین: این نظریه، برداشت اینشتین از چگونگی تأثیر گرانش بر ساختار فضا-زمان است. این نظریه، نظریه نسبیت خاص را که 10 سال قبل منتشر شده بود گسترش می‌دهد. نسبیت خاص استدلال می‌کند که فضا و زمان به‌طور جدایی‌ناپذیری به هم مرتبط هستند، اما وجود گرانش را تصدیق نمی‌کرد.

فیزیک کوانتوم: فیزیک کوانتوم به‌معنای مطالعه ماده و انرژی در اساسی‌ترین و کوچک‌ترین سطح ممکن است. هدف این علم کشف خواص و رفتارهای اجزای سازنده طبیعت است.

سیال: سیال به‌معنای مایع یا گاز است. به‌طور کلی هر ماده‌ای که در حالت سکون نتواند نیروی مماسی یا برشی را تحمل کند و در صورت قرار گرفتن در معرض چنین تنشی تغییر شکل مداومی داشته باشد، سیال نامیده می‌شود.

خوشه‌‌ کهکشانی: خوشه‌های کهکشانی، کله‌گنده‌های فضا هستند و هیچ چیزی بزرگ‌تر از آن‌ها وجود ندارد. هر خوشه‌ی کهکشانی از سه بخش تشکیل شده است: ستارگان، ماده‌ی تاریک و گازی که بین کهکشان‌ها جریان دارد.

باریون: باریون‌ها دسته‌ای از مواد هستند که از پیوستن سه کوارک ساخته می‌شوند و معمولا وزن زیای دارند. خود واژه‌ی باریون به‌زبانی یونانی، به‌معنای سنگین است.

پادماده: پادماده، ماده‌ای متشکل از ذرات زیراتمی است که جرم، بار الکتریکی و گشتاور مغناطیسی الکترون‌ها، پروتون‌ها و نوترون‌های یک ماده‌ی معمولی را دارد؛ اما بار الکتریکی و گشتاور مغناطیسی آن بر‌خلاف علامت هستند.

اجسام جمع‌و‌جور هاله: اجسامی هستند که یا تابش بسیار کمی دارند، یا هیچ تابشی ندارند. نام دیگر این اجسام MACHO است.

آکسیون‌: آکسیون یک ذره بنیادی است که وابسته به ماده تاریک تعریف شده است. این ذره بار الکتریکی ندارد و اسپین آن صفر است.