القوى المظلمة ليست تلك القوى

من الممكن أن تكون المادة المظلمة تحمل سرًا أكثر ظلامًا من ذلك. يقارن الباحثون سلوك المادة المظلمة المفترض بالمجرات الفعلية.

المادة المظلمة والمادة المظلمة الباردة

تتعلق أعمق أسرار المادة المظلمة بطبيعتها وسلوكها. الفكرة السائدة بشأن المادة المظلمة هي نظرية المادة المظلمة الباردة (CDM)، التي تفترض أن المادة المظلمة مكونة من جسيمات ذات سرعة منخفضة لا تتفاعل مع بعضها البعض. تم مناقشة هذا الاعتقاد وهو قيد النقاش مرة أخرى. قاد فريق من الباحثين من جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد، بقيادة عالم الفلك هاي-بو يو، فكرة بديلة تفسر حالتين متطرفتين حيث لا تعمل المادة المظلمة الباردة بشكل جيد.

القوى المظلمة التفاعلية الذاتية

يُعتقد أن المجرات وتجمعات المجرات محاطة بتيجان من المادة المظلمة. في طرف الجدل هناك تيجان مادة مظلمة في المجرات كثيفة جدًا لتكون متسقة مع CDM، وفي الطرف الآخر هناك تيجان مادة مظلمة في المجرات متشتتة جدًا لا يمكن لـ CDM أن تفسرها. بدلاً من ذلك، يقترح يو وزملاؤه أن بعض القوى المظلمة تجعل جسيمات المادة المظلمة تتصادم مع بعضها البعض. هذه هي المادة المظلمة التفاعلية الذاتية (SIDM).

المادة المظلمة الباردة والمادة المظلمة الساخنة

لماذا يُعتقد بشكل ساحق أن المادة المظلمة هي باردة؟ المادة المظلمة “مظلمة” لأن تفاعلاتها مع المادة المرئية والإشعاع الكهرومغناطيسي ضعيفة أو غير موجودة. لا يمكن للضوء أن ينيرها بسبب عدم قدرتها على التفاعل بشكل كبير مع أي نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي. السبب في أن المادة المظلمة تعتبر “باردة”، على الأقل وفقًا لنظرية المادة المظلمة الباردة، هو أن الجسيمات البطيئة تتحرك ببطء أكبر من سرعة الضوء.

تعد CDM لا تزال النموذج القياسي للمادة المظلمة لأنها تعمل على بناء وصيانة الهياكل الكونية مثل المجرات. إذا كانت المادة المظلمة باردة، فإنها يمكن أن تتجمع وتتكتل بسهولة أكبر مما لو كانت تتحرك في الفراغ الفراغي – الذي ستكون عليه إذا كانت جميع المادة المظلمة “ساخنة” أو مكونة من جسيمات أخف وزنًا تسافر بسرعات عالية. ستكون جسيمات المادة المظلمة الساخنة سريعة جدًا لتشكيل هياكل على مدى فترات طويلة، وستسطح أي هياكل موجودة تصادفها. تقع المادة المظلمة الدافئة في مكان ما بين الباردة والساخنة.

المادة المظلمة التفاعلية الذاتية والتوضيح

عدد أنواع المادة المظلمة الموجودة غير معروف. يصر بعض العلماء على أن جميع المادة المظلمة باردة، بينما يجادل آخرون بأن هناك أكثر من نوع واحد.

بينما لا تقول CDM أن هذه المادة غير مرئية ثابتة تمامًا، إلا أنها لا تسمح بتصادم الكثير من جسيمات المادة المظلمة. هنا يأتي دور المادة المظلمة التفاعلية الذاتية.

في دراستهم، اختبر يو وفريقه ما إذا كانت المادة المظلمة التفاعلية الذاتية يمكن أن تفسر جانبًا من المادة المظلمة الباردة التي لا تعمل حقًا: فهي تكافح لشرح تيجان المادة المظلمة الكثيفة جدًا والمتشتتة جدًا.

تصل تيجان المادة المظلمة في المجرات الصغيرة جدًا إلى مسافات أبعد بكثير من تيجان المجرة الصغيرة العادية، وهو أمر لا ينبغي أن يحدث مع الجسيمات غير المتصادمة المقترحة بواسطة CDM – الجسيمات التي لا تتفاعل ستكون أقرب إلى بعضها البعض وتنتج تيجانًا أكثر كثافة ومدىً قصيرًا. تسمح المادة المظلمة التفاعلية الذاتية للجسيمات بالتصادم ونقل الحرارة، ويمكن أن يفسر التوسع في المادة المظلمة الناتج عن ذلك لماذا تكون هذه التيجان متشتتة جدًا.

السيناريو الثاني يتعامل مع تيجان المادة المظلمة الكثيفة جدًا التي تؤثر على العدسة الجاذبة. تحتوي هذه التيجان الكثيفة على ما يكفي من المادة المظلمة لثني الزمكان بحيث ينحني الضوء السافر من خلال تلك المنطقة من الفضاء أيضًا. بسبب هذه التشوهات، يتم تكبير الجسم الواقع خلف المجرة المحددة، على الرغم من أنه في كثير من الأحيان بشكل مشوه إلى حد ما. تدعم المادة المظلمة التفاعلية الذاتية أيضًا تركيزات المادة المظلمة الكافية للتأثير على العدسة الجاذبة لأن الجسيمات التي تتصادم يجب أن تتجه نحو الداخل تمامًا كما تتجه نحو الخارج. يزيد تصادم الجسيمات بعضها البعض ويزيد من كثافة التيجان، ويمكن أن يشكل جمعًا منها كتلة ضخمة من المادة المظلمة تنتج عدسة جاذبة.

ما زلنا في الظلام بشأن المادة المظلمة في كثير من الطرق. حتى يتمكنا من اكتشافها مباشرة، يتعين علينا الاعتماد على العمل النظري لمعرفة ما إذا كانت أفكار مثل المادة المظلمة التفاعلية الذاتية قد اكتشفت شيئًا. ربما في يوم من الأيام، سيكون لدينا طريقة للكشف المباشر التي ستكشف أخيرًا أسرار المادة المظلمة.

المصدر: Astrophysical Journal Letters، 2023. DOI: 10.3847/2041-8213/ad0e09

المصدر: Elizabeth Rayne هي كاتبة تكتب. ظهرت أعمالها على SYFY WIRE و Space.com و Live Science و Grunge و Den of Geek و Forbidden Futures. تتربص خارج نيويورك مع ببغائها، ليستات. عندما لا تكتب، إما أنها تتحول شكلها أو ترسم أو تتنكر كشخصية لم يسمع بها أحد. تابعها على Threads و Instagram @quothravenrayne.

Source: https://arstechnica.com/science/2023/12/dark-matter-might-be-keeping-an-even-darker-secret/