المادة المظلمة لغز الكون الغريب والغامض... هل تم حله؟

يقضي بعض العلماء وخاصة علماء الفيزياء الفلكية، وقتًا طويلاً في تكوين نظريات حول ماهية المادة المظلمة. يعرف العلماء أن المادة المظلمة لا تصدر ضوءًا من أي جزء من الطيف الكهرومغناطيسي ولكن لوحظ أن المادة المظلمة تتأثر بالجاذبية. لا يزال علماء الفيزياء الفلكية غير متأكدين من ماهية المادة المظلمة بالضبط. ومع ذلك، فهم يعرفون بعض المعلومات عنها، من خلال ملاحظة الطريقة التي تتصرف بها مقارنة بالمواد الأخرى، لمزيد من المعلومات الشيقة عن هذه المادة التي يحيط بها الغموض، تابع القراءة.

ما هي المادة المظلمة

المادة المظلمة هي كتلة افتراضية غير مرئية يعتقد أنها مسؤولة عن إضافة الجاذبية إلى المجرات والأجسام الأخرى. نظرًا لأن كمية المواد المرئية في المجرات لا يمكن أن تفسر أشكالها وتوزيعاتها وحركاتها، فإن علماء الفيزياء الفلكية يجادلون بأنه يجب أن يكون هناك شكل من أشكال الكتلة لم يتم اكتشافه بعد. لا يبدو أن هذه الكتلة تؤثر على المادة الطبيعية بشكل كبير بأي طريقة أخرى، مثل امتصاص أو إصدار الفوتونات، مما يجعلها "مظلمة" تمامًا.

على الرغم من عدم وجود الكثير عن المعلومات عن المادة المظلمة، استمر الباحثون في تضييق نطاق خصائص هذه "المادة المفقودة" ولديهم بعض الأفكار عما قد تكون عليه. إذا كانت موجودة، فستشكل 85 في المائة من إجمالي مادة الكون وحوالي 25 في المائة من طاقته،  فيما يلي بعض التفسيرات المحتملة التي يبحث فيها الفيزيائيون حاليًا لهذا الشكل الغريب من المادة:

• صغير وضعيف وفي كل مكان: يصنف الفيزيائيون هذه تحت الوصف الواسع الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل أو WIMPS. لن تتفاعل هذه الجسيمات الثقيلة مع الشحنات الكهرومغناطيسية ،ولكن لا يزال بإمكانها تبادل التفاصيل مع المادة العادية من خلال القوة النووية الضعيفة، مما يعني من الناحية النظرية أننا قد لا نزال نكتشفها. هناك جسيمات افتراضية أخرى يمكن أن تفسرها. لم تُرَ قط جسيمات منخفضة النطاق وذات كتلة منخفضة تسمى الأكسيونات ولكنها قد تفسر سبب عدم ظهور بعض الانعكاسات المرآة الغريبة في فيزياء الكم كما ينبغي.
• كبيرة ومظلمة وقليلة: بدلاً من أن تكون مصنوعة من نوع جديد من المواد، يمكن للمادة المظلمة ببساطة أن تكون أشياء عادية تعمل بطرق غير عادية. أجسام الهالة المدمجة الضخمة الفيزيائية الفلكية (MACHOS) هي أحد المرشحين - أجسام ثقيلة شبيهة بالنجوم لا تتوهج بدرجة كافية، لسوء الحظ، ربما لا يوجد عدد كافٍ منهم لتشكيل 85٪ من المادة في الكون.
• هناك ببساطة احتمال أن نكون مخطئين بشأن كيفية عمل الجاذبية وما الذي يحافظ على تماسك الهياكل الكبيرة معًا.
• يختبر الفيزيائيون باستمرار النسبية العامة لأينشتاين ويعيدون اختبارها، في محاولة للعثور على أصغر تناقض في حالة وجود مساحة كبيرة للمناورة قد توفر طريقة لشرح المادة المظلمة دون الحاجة إلى أنواع جديدة من الجسيمات أو الأجسام الغريبة. ^[1]  

اكتشاف المادة المظلمة

المادة المظلمة كانت تعرف في الأصل باسم "الكتلة المفقودة" وقد استدل على وجود المادة المظلمة لأول مرة من قبل عالم الفلك السويسري الأمريكي فريتز زويكي، الذي اكتشف في عام 1933 أن كتلة جميع النجوم في مجموعة الكوما من المجرات توفر حوالي 1 بالمائة فقط من الكتلة اللازمة للاحتفاظ بها.

ظلت حقيقة هذه الكتلة المفقودة موضع تساؤل لعقود، حتى سبعينيات القرن الماضي عندما أكد عالما الفلك الأمريكيان فيرا روبين ودبليو كينت فورد وجودها من خلال ملاحظة ظاهرة مماثلة: كتلة النجوم المرئية داخل مجرة ​​نموذجية تبلغ حوالي 10 فقط. النسبة المئوية المطلوبة للحفاظ على تلك النجوم تدور حول مركز المجرة. بشكل عام، السرعة التي تدور بها النجوم حول مركز مجرتهم مستقلة عن انفصالها عن المركز، في الواقع تكون السرعة المدارية إما ثابتة أو تزيد قليلاً مع المسافة بدلاً من الانخفاض كما هو متوقع. لتفسير ذلك، يجب أن تزداد كتلة المجرة داخل مدار النجوم خطيًا مع مسافة النجوم من مركز المجرة. ومع ذلك، لا يُرى أي ضوء من هذه الكتلة الداخلية ومن هنا جاء اسم "المادة المظلمة". ^[2]  

التفسيرات والأدلة على وجود المادة المظلمة

النوع الأول من الأدلة التي تدعم وجود المادة المظلمة له علاقة بالطريقة التي تؤثر بها المادة المظلمة على حركة الأجرام السماوية. في نظامنا الشمسي، توجد كل الكتلة تقريبًا في الشمس. الكواكب الأعمق مثل عطارد والزهرة تدور حول الشمس بشكل أسرع. مع زيادة المسافة من الشمس، تقل السرعة التي تتحرك بها الكواكب. هذا بسبب وجود قوة جاذبية أقل من الشمس على الكواكب البعيدة ولمنعها من التصاعد داخل الشمس أو بعيدًا عنها، يجب أن تتحرك بشكل أبطأ.

يمكننا تطبيق تشبيه مماثل على المجرات. إذا افترضنا أن الجزء اللامع من المجرة يظهر مكان معظم الكتلة، فإن معظم الكتلة تكون بالقرب من المركز وعند الحافة المعتمة للمجرة لا ينبغي أن يكون هناك كتلة كبيرة. لذلك، يجب أن تتحرك الأجسام التي تدور في مدار بعيدًا عن مركز المجرة بشكل أبطأ من الأجسام القريبة من المركز، تمامًا مثل الكواكب في نظامنا الشمسي.

لاختبار هذه الفرضية، سجل العلماء الضوء القادم من مجرة ​​حلزونية بعيدة (تعتبر مجرتنا الرئيسية، درب التبانة، أيضًا مجرة ​​حلزونية) ورسموا السرعات: المسافة تتحرك بين نقطتين لكل وحدة زمنية. على سبيل المثال، سيارة تتحرك بسرعة 60 كم / ساعة تقطع مسافة 60 كم من النقطة أ إلى النقطة ب في ساعة واحدة. النجوم مقابل مسافاتها من مركز المجرة. اكتشف العلماء أن النجوم لم تكن تتصرف بالطريقة المتوقعة. وجدوا أن النجوم البعيدة عن المركز كانت تتحرك أسرع بكثير مما كان متوقعًا. الطريقة الوحيدة التي يمكن بها تحقيق ذلك هي وجود كتلة أكبر في الأجزاء الخارجية من المجرات مما يمكننا ملاحظته. تشير حقيقة أننا غير قادرين على رؤية هذه الكتلة، لأنها لا تصدر ضوءًا، إلى وجود المادة المظلمة.

السرعة الفعلية المرصودة للنجوم (أ) البعيدة عن مركز المجرة أكبر مما توقعه العلماء (ب). تشير هذه البيانات إلى وجود كمية كبيرة من الكتلة في الجزء الخارجي من المجرة لا يمكننا رؤيتها لأنها لا تصدر ضوءًا، مما يشير إلى وجود مادة مظلمة.

الأدلة على المادة المظلمة ليست كلها جديدة. في عام 1933، كان فريتز زويكي، عالم الفلك السويسري، من أوائل من اكتشفوا وجود المادة المظلمة، حيث درس زويكي الضوء المنبعث من أكثر من 1000 مجرة ​​تشكل جزءًا من مجموعة الغيبوبة من المجرات. حدد زفيكي كتلة مجموعة الغيبوبة باستخدام طريقتين. استخدمت أحد الطرق سرعات المجرات والتي حددها عن طريق قياس التغيرات في الضوء المنبعث منها. حددت طريقة الحساب الثانية الكتلة باستخدام السطوع الكلي للعنقود. عند مقارنة تقديري الكتلة الناتجين، وجد أن قياس سرعة المجرة يقدر أن هناك مئات المرات من الكتلة في مجموعة الغيبوبة أكبر مما توقعه تقدير السطوع.

نظرًا لأن المادة الإضافية لا تنبعث منها ضوء، فقد قال "إذا تم تأكيد ذلك، فسنحصل على النتيجة المفاجئة وهي أن المادة المظلمة موجودة بكمية أكبر بكثير من المادة المضيئة" بعد فترة وجيزة، تم الحصول على نتيجة مماثلة من عنقود المجرات العذراء. ومع ذلك، لم تكن تقنيات القياس في ذلك الوقت دقيقة مثل الأساليب الحديثة والطبيعة المثيرة للجدل للنتيجة - أن الكون يهيمن عليه نوع من المادة المظلمة غير المعروفة - تسببت في رفض العلماء لهذه الفرضية حتى ما يقرب من 50 عامًا بعد ذلك. ^[3]