من المستحيل تصويرها بالتلسكوب وبعيدًا عن الفهم الكامل، فالمادة المظلمة موجودة في كل مكان.
تتعلق أعمق الألغاز المتعلقة بالمادة المظلمة بطبيعتها وسلوكها. النظرية السائدة فيما يتعلق بالمادة المظلمة هي نظرية المادة المظلمة الباردة (CDM)، والتي تنص على أن المادة المظلمة تتكون من جسيمات منخفضة السرعة لا تتفاعل مع بعضها البعض. لقد تمت مناقشة هذا الفكر – وهو مطروح للنقاش مرة أخرى. بقيادة عالم الفيزياء الفلكية هاي بو يو، توصل فريق من الباحثين في جامعة كاليفورنيا ريفرسايد إلى فكرة بديلة تشرح النقيضين حيث لا تعمل المادة المظلمة الباردة بشكل جيد.
يُعتقد أن المجرات ومجموعات المجرات محاطة بهالات من المادة المظلمة. في أحد طرفي الجدل توجد هالات المادة المظلمة المجرية التي تكون كثيفة للغاية بحيث لا تتوافق مع آلية التنمية النظيفة، وعلى الجانب الآخر توجد هالات المادة المظلمة المجرية المنتشرة للغاية بحيث لا يمكن لآلية التنمية النظيفة فهمها. بدلاً من ذلك، يمثل يو وزملاؤه قوة مظلمة (آسف لمحبي Star Wars – لا ال القوة) تتسبب في اصطدام جزيئات المادة المظلمة ببعضها البعض. هذه هي المادة المظلمة ذاتية التفاعل أو SIDM.
يمكن أن تكون فكرة الجسيمات غير المرئية التي تدفع بعضها البعض أكثر فأكثر إلى الخارج في هالة منتشرة، أو تقرب بعضها البعض أكثر فأكثر وأكثر كثافة إلى الداخل. لكن أولاً، لماذا تعتبر المادة المظلمة باردة؟
فقد فى الظلام
المادة المظلمة “مظلمة” لأن تفاعلاتها مع المادة المرئية والإشعاع الكهرومغناطيسي ضعيفة أو معدومة. ولا يمكن لأي ضوء أن ينيرها بسبب عدم قدرتها على إجراء تفاعلات كبيرة مع أي شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي. السبب وراء وصف المادة المظلمة بأنها “باردة”، على الأقل وفقًا لنظرية المادة المظلمة الباردة، هو أنه يُعتقد أن الجسيمات البطيئة تتحرك بشكل أبطأ بكثير من سرعة الضوء.
لا تزال آلية التنمية النظيفة هي النموذج القياسي للمادة المظلمة، حيث تعمل على إنشاء وصيانة الهياكل الكونية مثل المجرات. إذا كانت المادة المظلمة باردة، فإنها ستتراكم بسهولة أكبر مما كانت ستتراكم في فراغ الفضاء المتوسع، حيث تتكون كل المادة المظلمة من جسيمات “أكثر سخونة” أو أخف وزنا تنتقل بسرعات عالية. إن جسيمات المادة المظلمة الساخنة سريعة جدًا بحيث لا يمكنها تكوين الهياكل على مدى فترات طويلة من الزمن، وسوف تؤدي إلى تسوية أي أنظمة تعمل فيها. تقع المادة المظلمة الدافئة في مكان ما بين البارد والدافئ.
من غير المعروف عدد أنواع المادة المظلمة الموجودة بالفعل. يصر بعض العلماء على أن المادة المظلمة كلها باردة، بينما يرى آخرون أن هناك أكثر من نوع واحد.
على الرغم من أن آلية التنمية النظيفة لا تدعي أن هذه المادة غير المرئية ثابتة تمامًا، إلا أنها لا تسمح بتصادم الكثير من جسيمات المادة المظلمة. هذا هو المكان الذي يأتي فيه SIDM.
الكثير من الضوء
في حين أن المادة المظلمة الساخنة والدافئة كانت خارج نطاق دراستهم، اختبر يو وفريقه ما إذا كان بإمكان SIDM تفسير سمة من سمات المادة المظلمة الباردة.
“في [diffuse scenario]التفاعلات تنقل الحرارة من مناطق الهالة الخارجية إلى الداخلية، مما يقلل الكثافة المركزية؛ في [dense scenario]وقالوا في بيان: “ينعكس اتجاه تدفق الحرارة وتصبح الهالة الداخلية أكثر كثافة من نظيرتها في آلية التنمية النظيفة”. يذاكر نشرت مؤخرا في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.
المجرات فائقة الانتشار (UTGs) هي مجرات قزمة باهتة بشكل خاص لأن نجومها متناثرة بعيدًا عن بعضها البعض. ينتشر الغاز المكون للنجوم بشكل رقيق للغاية ليشكل العديد من النجوم الجديدة. تذهب هالة المادة المظلمة في المجرة فائقة الانتشار إلى أبعد من تلك الموجودة في المجرة القزمة النموذجية، وهو ما لا ينبغي أن يحدث مع الجسيمات غير المتصادمة كما اقترحت آلية التنمية النظيفة – فالجسيمات غير المتفاعلة تكون قريبة من بعضها البعض وتشكل هالة كثيفة على مسافات قصيرة. يسمح نظام SIDM للجزيئات بالتصادم ونقل الحرارة، ويفسر توسع المادة المظلمة سبب انتشار هذه الهالات.
ويتناول السيناريو الثاني هالات المادة المظلمة، التي تؤثر على عدسة الجاذبية. تحتوي هذه الهالات الكثيفة على ما يكفي من المادة المظلمة لثني الزمكان، مما يتسبب في انحناء الضوء الذي ينتقل عبر تلك المنطقة من الفضاء أيضًا. وبسبب هذه الاضطرابات، يتم تكبير الجسم الموجود خلف المجرة العدسية، على الرغم من تشويهه إلى حد ما في كثير من الأحيان. يفضل SIDM تركيزات المادة المظلمة الكافية للتأثير على عدسة الجاذبية، حيث يمكن للجسيمات المتصادمة أن تتحرك إلى الداخل والخارج. تتصادم الجسيمات بشكل وثيق مع بعضها البعض، مما يزيد من كثافة الهالة، ويمكن أن يشكل تجمعها فقاعة ضخمة من المادة المظلمة التي تخلق عدسة الجاذبية.
ما زلنا في حالة جهل بشأن المادة المظلمة بعدة طرق. وإلى أن تكون لدينا طريقة لاكتشافها بشكل مباشر، يجب أن نعتمد على العمل النظري لتحديد ما إذا كانت أفكار مثل SIDM يمكن أن تكون ذات جدوى. ربما في يوم من الأيام، سيكون لدينا طريقة للكشف المباشر التي من شأنها أن تسلط الضوء أخيرًا على أسرار المادة المظلمة.
رسائل مجلة الفيزياء الفلكية2023. معرف الهوية الرقمية: 10.3847/2041-8213/ad0e09
