10 أسئلة لم تتم الإجابة عنها حول المادة المظلمة

10 أسئلة لم تتم الإجابة عنها حول المادة المظلمة

في ثلاثينيّات القرن العشرين، لاحظ عالم فلك سويسري يُدعى "فريتز زويكي" أن المجرّات الموجودة في كتلة بعيدة تدور حول بعضها البعض بشكل أسرع كثيرًا مما كان ينبغي لها نظرًا لكمية الكتلة المرئية لديها، اقترح وجود مادة غير مرئية، والتي سمّاها المادة المظلمة، افترض أن تكون هي سبب تواجد الجاذبية على هذه المجرات.

منذ ذلك الحين، أكّد الباحثون والعلماء أن هذه المادة الغامضة يمكن العثور عليها في جميع أنحاء الكون، وأنها أكثر بستة أضعاف من المادة الطبيعيّة التي تشكّل أشياء عادية مثل النجوم والناس.

ومع ذلك، على الرغم من رؤية المادة المظلمة في جميع أنحاء الكون، لا تزال بعض الأسئلة تدور بأذهان، فيما يلي أكبر 10 أسئلة بدون إجابة حول المادة المظلمة.

10- ما هي المادّة المظلمة؟

أولاً، وربما الأكثر إثارة للحيرة والجدل، لا يزال الباحثون غير متأكدين بشأن ماهيّة المادة المظلمة بالضبط.

في الأصل، خمّن بعض العلماء أن الكتلة المفقودة في الكون كانت مكوّنة من نجوم باهتة صغيرة وثقوب سوداء، على الرغم من أن الملاحظات التفصيليّة لم تظهر ما يكفي من هذه التفاصيل تقريبًا لتأثير المادة المظلمة، كما كتب الفيزيائي دون لينكولن، من وزارة الخارجية الأمريكية للطاقة، المنافس الرئيسي الحالي لافتراض أنَّ المادة المظلمة هي جُسيْم افتراضيّ يسمى الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل أو (WIMP)، والتي من شأنها أن تتصرف كأنها نيوترون إلا أنها أثقل من 10-100 مرة من البروتون.

ومع ذلك، فقد أدى هذا التخمين فقط إلى المزيد من الأسئلة.

9- هل يمكننا اكتشاف المادة المظلمة؟

إذا كانت المادة المظلمة مصنوعة من (WIMPs)، فيجب أن تكون حولنا ولكنّها غير مرئية ولا يمكن اكتشافها، فلماذا لم نجدها بعد؟ في حين أنها لن تتفاعل مع المادة العادية كثيرًا، إلا أن هناك دائمًا بعض الاحتماليّة البسيطة بأن جسيم المادة المظلمة يمكن أن يصطدم بجسيم طبيعي مثل البروتون أو الإلكترون أثناء انتقاله عبر الفضاء، لذلك، بنى الباحثون تجربة بعد تجربة لدراسة أعداد هائلة من الجزيئات العاديّة في أعماق الأرض، حيث يتم حمايتها من الإشعاع المتداخل الذي يمكن أن يُحاكي تصادم جسيمات المادة المظلمة.

ما المشكلة إذن؟ بعد عقود من البحث، لم تقم أي من الٱلات الكاشفة باكتشاف موثوق، في وقت سابق من هذا العام، أبلغت تجربة (PandaX) الصينية عن عدم اكتشاف (WIMP)، بحيث قال الفيزيائي "هاي بو يو" من جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد، وقال في ذلك الوقت بأنه يبدو من المحتمل أن جسيمات المادة المظلمة أصغر بكثير من (WIMP)، أو تفتقر إلى الخصائص التي تجعلها سهلة الدراسة.

8- هل تتكون المادّة المظلمة من أكثر من جسيم واحد؟

تتكون المادة العاديّة الموجودة في جزيئات الحياة اليومية من البروتونات والإلكترونات، بالإضافة إلى مجموعة متكاملة تضم جزيئات أكثر غرابة مثل النيترونات والميونات والبايونات، لذا فقد تساءل بعض الباحثين عمّا إذا كانت المادة المظلمة التي تشكل 85% من المادة في الكون قد تكون بنفس التعقيد، وقال الفيزيائي من جامعة هارفارد "أندريه كاتز": "لا يوجد سبب وجيه للافتراض أن كل المادة المظلمة في الكون مبنيّة على نوع واحد من الجسيمات".

وقال أيضًا إن البروتونات المظلمة يمكن أن تتّحد مع الإلكترونات المظلمة لتكوين ذرات داكنة، مما ينتج عنه تكوينات متنوّعة ومُثيرة للاهتمام كتلك الموجودة في العالم المرئي، في حين أن مثل هذه المقترحات قد تم تخيّلها بشكل متزايد في مختبرات الفيزياء، فإنّ اكتشاف طريقة لتأكيدها أو إنكارها هو ما قد غفل العلماء عنه لحدّ الآن.

7- هل توجد قوى الظلام؟

جنبا إلى جنب مع جزيئات إضافية من المادة المظلمة والمادة العادية، هناك احتمال أن تجارب المادة المظلمة تشبه تلك التي تشعر بها المادة العادية، لقد بحث بعض الباحثين عن (فوتونات مظلمة)، والتي ستكون مثل الفوتونات المتبادلة بين الجزيئات الطبيعيّة التي تؤدي إلى نشوء القوة الكهرومغناطيسية، إلا أنها لن تشعر بها إلا جسيمات المادة المظلمة.

يستعد الفيزيائيون في إيطاليا لتحطيم شعاع من الإلكترونات وجسيماتها المضادة، المعروفة باسم البوزيتونات في مادة الماس، فإذا كانت الفوتونات المظلمة موجودة، فإن أزواج (الإلكترون-بوزيترون) المقترنة يمكن أن تستهلك وتنتج واحدة من الجزيئات الغريبة التي تحمل القوة، مما قد يفتح قطاعًا جديدًا تمامًا من الكون.

6- يمكن أن تكون المادة المظلمة مصنوعة من المحاور أكسيون (Axion)؟

مع تزايد سقوط علماء الفيزياء في حب (WIMPs)، بدأت جزيئات المادة المظلمة الأخرى تحظى باهتمام كبير، أحد البدائل الرائدة هو الجُسيم الافتراضي الذي يُعرف باسم المحور أكسيون، والذي سيكون خفيفًا جدًا، ربما أقل من 10 مرفوع إلى القوة الحادية والثلاثين أقل كثافة من البروتون، يتم الآن البحث عن محاور في عدد قليل من التجارب، أثارت عمليات المحاكاة الأخيرة للكمبيوتر إمكانية أن تشكل هذه المحاور كائنات تشبه النجوم، والتي قد تنتج إشعاعات يمكن اكتشافها تشبه إلى حد بعيد الظواهر الغامضة المعروفة باسم رشقات الراديو السريعة (Fast Radio Bursts).

5- ما هي خصائص المادة المظلمة؟

اكتشف علماء الفلك المادة المظلمة من خلال تفاعلاتها التجاذبيّة مع المادة العاديّة، مما يُشير إلى أن هذه هي طريقتها الرئيسيّة لجعل وجودها معروفًا في الكون، لكن عند محاولة فهم الطبيعة الحقيقية للمادة المظلمة، فإن الباحثين لديهم القليل من المعلومات التي يجب عليهم الاستمرار فيها، وفقًا لبعض النظريات، يجب أن تكون جسيمات المادة المظلمة في شكل جسيماتها المضادة، وهذا يعني أن جزيئي المادة المظلمة سوف يُبيدان بعضهما البعض عندما يلتقيان.

تبحث تجربة AMS) Alpha Magnetic Spectrometer) المغناطيسية على محطة الفضاء الدولية عن العلامات الخفية لهذا الإبادة عند التقاءهما منذ عام 2011، وقد اكتشفت بالفعل مئات الآلاف من الأحداث، لا يزال العلماء غير متأكدين مما إذا كانت هذه المواد تأتي من المادة المظلمة، ولم تساعدهم الإشارة حتى الآن على تحديد ماهية المادة المظلمة.

4- هل توجد مادة مظلمة في كل مجرة؟

نظرًا لأن المادة المظلمة تفوق المادة العادية بشكل كبير، فغالبًا ما يقال إن المادة المظلمة هي القوة المسيطرة التي تنظم هياكل كبيرة مثل المجرات والمجموعات المجرة، لذلك، كان من الغريب جدًا عندما أعلن علماء الفلك في وقت سابق من هذا العام أنهم عثروا على مجرة ​​تسمى (NGC 1052-DF2) يبدو أنها بالكاد وتكاد لا تحتوي على أي مادة مظلمة على الإطلاق، وقال بيتر "فان دوكوم"من جامعة ييل في ذلك الوقت: "المادة المظلمة ليست على ما يبدو شرطًا لتشكيل مجرة".

ومع ذلك، على مدار فصل الصيف، نشر فريق منفصل تحليلًا يشير إلى أن فريق "فان دوكوم" قد أساء إلى قياس المسافة إلى المجرة، مما يعني أن المادة المرئية كانت أفتح وأخف بكثير من النتائج الأولى وأن مجموعة من الكتلة كانت في المادة المظلمة أكثر مما كانت عليه اقترح سابًقا.

3- هل يمكن أن يكون للمادة المظلمة شحنة كهربائية؟

دفعت مؤشرات من بداية الوقت بعض الفيزيائيين إلى الإشارة إلى أن المادة المظلمة قد تحتوي على شحنة كهربائية، إشعاعات انبعثت بطول موجة يبلغ 21 سنتيمترًا من النجوم في مهدها او بداية للكون، بعد 180 مليون عام فقط من الانفجار العظيم، تم امتصاصها من قبل الهيدروجين البارد الذي كان موجودًا في نفس الوقت، عندما تم الكشف عن هذا الإشعاع في فبراير من هذا العام، أشار توقيعه إلى أن الهيدروجين كان أبرد بكثير مما توقعه العلماء، افترض عالم الفيزياء الفلكية "جوليان مونيوز" من جامعة هارفارد أن المادة المظلمة التي بشحنة كهربائية يمكن أن تسحب الحرارة بعيدًا عن الهيدروجين المنتشر، مثل مكعبات الثلج التي تطفو في عصير الليمون، لكن التخمين لم يتأكد بعد.

2- هل يمكن أن تتحلل الجزيئات العادية في المادة المظلمة؟

النيوترونات هي جزيئات المادة العادية مع عمر محدود، بعد حوالي 14,5 دقيقة، يتحلل نيوترون وحيد غير مأخوذ من الذرة إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو، ولكن هناك تجريبيان تم اعدادها مختلفان يمنحان عمرًا مختلفًا قليلاً لهذا الانحلال، مع اختلاف بينهما حوالي 9 ثوان، وفقًا للتجارب التي تم الاستشهاد بها في دراسة من مجلة "Physical Review Letters".

في وقت سابق من هذا العام، اقترح علماء الفيزياء أنه إذا كان 1% من الوقت، تتحلل فيه بعض النيوترونات إلى جزيئات المادة المظلمة، فإنه يمكن أن يكون السبب في حدوث هذا الوضع الشاذ، راقب "كريستوفر موريس"  وفريقة من مختبر لوس ألاموس الوطني (Alamos National Laboratory) في نيو مكسيكو النيوترونات بحثًا عن إشارة قد تكون مظلمة ولكنهم لم يتمكنوا من اكتشاف أي شيء، اقترحوا أن سيناريوهات الاضمحلال الأخرى قد لا تزال ممكنة.

1- هل المادة المظلمة موجودة بالفعل؟

بالنظر إلى الصعوبات التي واجهها العلماء في محاولة الكشف عن المادة المظلمة وشرحها، فقد يتساءل السائل المعقول عما إذا كان الأمر كله خطأ، لسنوات عديدة، دفعت أقلية صوتية من علماء الفيزياء فكرة أنه ربما تكون نظرياتنا في الجاذبية غير صحيحة، وأن القوة الأساسية تعمل بشكل مختلف على نطاقات كبيرة عما نتوقعه، هذه الاقتراحات التي تُعرف في كثير من الأحيان باسم (ديناميات نيوتونية معدلة) أو نماذج (MOND)، تفترض أنه لا توجد مادة مظلمة وأن السرعات الفائقة السرعة التي تدور حولها النجوم والمجرات تدور حول بعضها البعض هي نتيجة تصرف الجاذبية بطرق مفاجئة، وكتب الفيزيائي وقال "دون لينكولن": "المادة المظلمة لا تزال نموذجًا غير مؤكد".

المصدر: