فكرة جديدة عن كيفية سيطرة المادة المظلمة على الكون

(داخل العلوم) – يُعتقد أن 85 بالمائة من المادة في الكون هي مادة “مظلمة” غير مرئية للإنسان وأدواتنا العلمية. لكن العلماء لا يعرفون ما هي المادة المظلمة أو كيف نشأت في الكون المبكر.

الآن ، اقترحت مجموعة من الباحثين وصفة جديدة للمادة الغامضة: جسيم المادة المظلمة يصطدم بجسيم مادة عادي ويحوله إلى جسيم مادة مظلمة جديد. كانت هذه العملية ستستمر حتى استقر الكون على كمية المادة المظلمة الموجودة اليوم.

قال تورستن برينجمان ، الفيزيائي بجامعة أوسلو في النرويج وأحد مؤلفي ورقة جديدة، نشرت في نوفمبر في المجلة خطابات المراجعة المادية. “إذا كتبت نموذجًا ، فيجب أن يحتوي على آلية لكيفية إنتاج المادة المظلمة ، وكيفية شرح الشيء الوحيد الذي نعرفه عن المادة المظلمة – أي مقدار الكمية الموجودة بالضبط.”

يعرف العلماء أن المادة المظلمة يجب أن توجد جزئيًا لأن الحواف الخارجية للمجرات تدور بشكل أسرع من المتوقع – بسرعة كبيرة بحيث بناءً على كمية المادة العادية في المجرات ، يجب أن تنقسم المجرات إلى أجزاء. لكن لحسن الحظ بالنسبة لنا ، لا يزالون موجودين. لذلك ، يجب أن يكون هناك بعض الأشياء غير المرئية التي تساعد على تماسكهم معًا.

كما لوحظت المادة المظلمة بشكل غير مباشر في مجموعات من المجرات ، والتي لا ينبغي أيضًا أن تتماسك معًا ، وكذلك في تقلبات الإشعاع من الكون المبكر المعروف باسم الخلفية الكونية الميكروية.

قال جينيفيف بيلانجر ، الفيزيائي في مختبر Annecy-le-Vieux للفيزياء النظرية في فرنسا ، “إنه أمر مقنع إلى حد كبير أن هناك شكلًا من أشكال المادة المظلمة في الكون ، وأنها في الواقع تشكل مكونًا مهمًا للغاية من المادة”. الذين لم يساهموا في الورقة الجديدة.

قال برينجمان أنه قبل حوالي 20 عامًا ، اعتقد الفيزيائيون أن المادة المظلمة كانت على الأرجح مكونة من جسيمات ضخمة متفاعلة ضعيفة ، أو WIMPs ، مفترضة ولكنها غير ملحوظة. ستتفاعل هذه الجسيمات مع المادة العادية عبر القوة الضعيفة ، والتي تعد واحدة من القوى الأساسية الأربعة في الكون. في حين أنها في الواقع أقوى من الجاذبية ، فإن القوة الضعيفة لها تأثير فقط على المستوى دون الذري.

إحدى الطرق التي ربما تم إنشاؤها وتدمير WIMPS في الكون المبكر هي من خلال آلية تسمى “التجميد.” وفقًا لهذه النظرية ، سيتم تجميع WIMPs للمادة المظلمة مع المادة العادية في مساحة كثيفة وساخنة في الكون المبكر ، مما يسمح لجسيمين من المادة المظلمة بالتصادم والتحول إلى جسيمين منتظمين ، والعكس صحيح.

مع توسع الكون وتبريده ، لن تتمكن جسيمات المادة العادية من الوصول إلى الطاقة الكافية لتصطدم وتكوين مادة مظلمة. كما أن فرص اصطدام جسيمات المادة المظلمة تقترب من الصفر. “إذا كان الكون يتوسع بسرعة ، فإن الاحتمالات تصبح أقل حجمًا وأقل حجمًا [dark matter particles] قال برينجمان. “بمرور الوقت ، ستستقر كمية المادة المظلمة في الكون.

تم اقتراح الوجود المحتمل لـ WIMPs أيضًا من خلال نظريات منفصلة في فيزياء الجسيمات. لكن علماء الفيزياء يستخدمون مصادمات الجسيمات وأجهزة الكشف تحت الأرض للبحث عن WIMPs لسنوات ، ولم يكتشفوا أيًا منها بعد.

هذا لا يعني عدم وجود WIMPs. قال هوارد باير ، الفيزيائي في جامعة أوكلاهوما ، والذي لم يساهم في البحث ، إنه من الممكن أن تكون WIMPS موجودة ولكنها تتجنب الكشف. لكن بيلانغر قال إنه نظرًا لعدم رؤية أي شخص لـ WIMP حتى الآن ، “بدأ الناس في استكشاف بدائل لشرح هذه المادة المظلمة.”

أحد التفسيرات البديلة لإنتاج المادة المظلمة هو آلية “التجميد”. تقترح هذه الفرضية أن القليل من المادة المظلمة كانت موجودة في بداية الكون ، وأن المادة المعيارية وجزيئات المادة المظلمة مرتبطة ببعض القوة الجديدة غير المكتشفة أضعف من القوة الضعيفة. في حالة التجميد ، تتصادم جسيمات المادة القياسية وتنتج مادة مظلمة بمرور الوقت ، وتستقر في النهاية عند كمية المادة المظلمة في الكون اليوم.

مثل آلية التجميد ، تبدأ الآلية الجديدة التي اقترحها برينجمان وزملاؤها بتركيز صغير من جسيمات المادة المظلمة والتفاعلات بين الجسيمات التي تكون أضعف من القوة الضعيفة. ولكن بدلاً من الادعاء بأن اصطدامات المادة القياسية تخلق مادة مظلمة ، فإنهم يقترحون أن المادة المظلمة وجسيم المادة القياسي يمكن أن يصطدموا وينتجوا جسيمين من المادة المظلمة. سيؤدي هذا إلى نمو أسي في كمية المادة المظلمة ، حيث تتصادم كمية متزايدة من المادة المظلمة مع المادة العادية وتنتج المزيد والمزيد من المادة المظلمة. قال برينجمان عن الآلية المقترحة: “بمجرد دخولك إلى هذا النوع من مرحلة التكاثر الذاتي ، سوف تنفجر”.

قال بيلانجر إن الآلية “بديل قابل للتطبيق تمامًا ، ومن المثير للاهتمام التفكير فيه”.

قال نوشين شاه ، الفيزيائي بجامعة واين ستيت في ديترويت بولاية ميشيغان ، والذي لم يساهم في البحث الجديد ، إن الباحثين الآن يجب أن يلائموا هذه الآلية مع نموذج أكبر لتطور المادة المظلمة في الكون المبكر. قال شاه أيضًا أنه في حين أن هناك حاجة إلى مزيد من بناء النماذج ، فإن المؤلفين يقدمون بالفعل الأساسيات لنموذج بسيط مثير للفضول في الورقة البحثية التي يمكن أن تنجح.

لاختبار نموذج ما ، يمكن للباحثين البحث عما يوحي النموذج بأنه يجب عليهم رؤيته في الكون اليوم. قال برينجمان أنه قد يكون من الممكن دعم النموذج البسيط من خلال اكتشاف تشوهات معينة في الخلفية الكونية الميكروية.


تم نشر هذه القصة في Inside Science. اقرأ النص الأصلي هنا.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *