في ثلاثينيات القرن الماضي ، لاحظ عالم فلك سويسري يُدعى فريتز زويكي أن المجرات الموجودة في عنقود بعيد كانت تدور حول بعضها البعض بشكل أسرع بكثير مما كان ينبغي أن تُعطى له الكتلة المرئية التي تمتلكها. لقد اقترح على أنها مادة غير مرئية ، والتي أطلق عليها اسم المادة المظلمة ، قد تجذب الجاذبية على هذه المجرات.
منذ ذلك الحين ، أكد الباحثون أن هذه المادة الغامضة يمكن العثور عليها في جميع أنحاء الكون ، وأنها أكثر وفرة بست مرات من المادة العادية التي تتكون منها الأشياء العادية مثل النجوم والأشخاص. ومع ذلك ، على الرغم من رؤية المادة المظلمة في جميع أنحاء الكون ، لا يزال العلماء في الغالب يعجزون عن وضع تفسيرات وإجابات واضحة وعلمية حول هذا الموضوع .
ماهي المادة المظلمة ؟
أولاً ، وربما الأكثر إثارة للحيرة ، يظل الباحثون غير متأكدين بشأن ماهية المادة المظلمة بالضبط. في الأصل ، توقع بعض العلماء أن الكتلة المفقودة في الكون تتكون من نجوم صغيرة باهتة وثقوب سوداء ، على الرغم من أن الملاحظات التفصيلية لم تكشف عن مثل هذه الأجسام بما يكفي لتفسير تأثير المادة المظلمة ، كما فعل الفيزيائي دون لينكولن من وزارة الخارجية الأمريكية. كتب Fermilab من Energy سابقًا لـ Live Science . إن المنافس الرئيسي الحالي لغطاء المادة المظلمة هو جسيم افتراضي يسمى الجسيم الضخم المتفاعل الضعيف ، أو WIMP ، والذي يتصرف نوعًا ما مثل النيوترون باستثناء أنه سيكون أثقل ما بين 10 و 100 مرة من البروتون ، كما كتب لينكولن. ومع ذلك ، فإن هذا التخمين أدى فقط إلى المزيد من الأسئلة .
هل يمكننا الكشف عن المادة المظلمة ؟
إذا كانت المادة المظلمة مصنوعة من WIMPs ، فيجب أن تكون في كل مكان حولنا وغير مرئية وبالكاد يمكن اكتشافها. فلماذا لم نعثر على أي منها بعد؟ على الرغم من أنها لن تتفاعل مع المادة العادية كثيرًا ، إلا أن هناك دائمًا فرصة ضئيلة لأن يصطدم جسيم المادة المظلمة بجسيم عادي مثل البروتون أو الإلكترون أثناء انتقاله عبر الفضاء. لذلك ، قام الباحثون ببناء تجربة بعد تجربة لدراسة أعداد هائلة من الجسيمات العادية في أعماق الأرض ، حيث يتم حمايتها من الإشعاع المتداخل الذي يمكن أن يحاكي تصادم المادة المظلمة والجسيمات.
المشكلة؟ بعد عقود من البحث ، لم يكتشف أي من هذه اكتشافًا موثوقًا به. في وقت سابق من هذا العام ، أبلغت تجربة PandaX الصينية عن أحدث عدم للكشف عن WIMP. يبدو من المحتمل أن جسيمات المادة المظلمة أصغر بكثير من جزيئات WIMPs ،أخبر Live Science في ذلك الوقت .
هل تتكون المادة المظلمة من أكثر من جسيم ؟
تتكون المادة العادية من جسيمات يومية مثل البروتونات والإلكترونات ، بالإضافة إلى حديقة كاملة من الجسيمات الأكثر غرابة مثل النيوترينوات والميونات والبيونات. لذلك ، تساءل بعض الباحثين عما إذا كانت المادة المظلمة ، التي تشكل 85 بالمائة من المادة في الكون ، قد تكون أيضًا معقدة بنفس القدر. قال الفيزيائي أندري كاتز من جامعة هارفارد لموقع ProfoundSpace.org ، الموقع الشقيق لـ Live Science : “لا يوجد سبب وجيه لافتراض أن كل المادة المظلمة في الكون مبنية من نوع واحد من الجسيمات” . قال كاتز إن البروتونات المظلمة يمكن أن تتحد مع الإلكترونات المظلمة لتكوين ذرات مظلمة ، مما ينتج عنه تكوينات متنوعة ومثيرة للاهتمام كتلك الموجودة في العالم المرئي. في حين تم تخيل مثل هذه المقترحات بشكل متزايد في مختبرات الفيزياء ، فإن اكتشاف طريقة لتأكيدها أو نفيها قد استعصى على العلماء حتى الآن.كواركات وميونات غريبة ، يا إلهي! أصغر جسيمات الطبيعة
هل قوى الظلام موجودة؟
إلى جانب الجسيمات الإضافية للمادة المظلمة ، هناك احتمال أن تتعرض المادة المظلمة لقوى مماثلة لتلك التي تشعر بها المادة العادية. قام بعض الباحثين بالبحث عن “الفوتونات المظلمة” ، والتي من شأنها أن تكون مثل الفوتونات المتبادلة بين الجسيمات العادية التي تؤدي إلى نشوء القوة الكهرومغناطيسية ، إلا أنها ستشعر بها جسيمات المادة المظلمة فقط. يستعد الفيزيائيون في إيطاليا لتحطيم شعاع من الإلكترونات وجسيماتها المضادة ، المعروفة باسم البوزيترونات ، في الماس ، كما ذكرت Live Science سابقًا . في حالة وجود الفوتونات المظلمة ، يمكن لأزواج الإلكترون والبوزيترون أن تبيد وتنتج أحد الجسيمات الغريبة الحاملة للقوة ، مما قد يؤدي إلى فتح قطاع جديد تماماً من الكون .
هل يمكن أن تتكون المادة من الإكسيونات ؟
مع تزايد حب الفيزيائيين مع WIMPs ، بدأت جسيمات المادة المظلمة الأخرى في كسب التأييد. أحد البدائل الرئيسية هو جسيم افتراضي يُعرف باسم الأكسيون ، والذي سيكون خفيفًا للغاية ، ربما بمقدار 10 مرفوع إلى القوة 31 أقل كتلة من البروتون. يتم الآن البحث عن Axions في تجارب قليلة. أثارت عمليات المحاكاة الحاسوبية الحديثة احتمال أن تشكل هذه المحاور أجسامًا شبيهة بالنجوم ، والتي قد تنتج إشعاعات قابلة للاكتشاف تشبه إلى حد بعيد الظواهر الغامضة المعروفة باسم الاندفاعات الراديوية السريعة ، كما أفاد موقع Live Science سابقًا.
ماهي خواص المادة المظلمة ؟
اكتشف علماء الفلك المادة المظلمة من خلال تفاعلات الجاذبية مع المادة العادية ، مما يشير إلى أن هذه هي طريقتها الرئيسية لإعلان وجودها في الكون. ولكن عند محاولة فهم الطبيعة الحقيقية للمادة المظلمة ، فإن الباحثين ليس لديهم سوى القليل مما يمكنهم فعله. وفقًا لبعض النظريات ، يجب أن تكون جسيمات المادة المظلمة جزيئاتها المضادة ، مما يعني أن جسيمين من المادة المظلمة سوف يهلكان مع بعضهما البعض عندما يلتقيان. كانت تجربة مطياف ألفا المغناطيسي (AMS) في محطة الفضاء الدولية تبحث عن علامات منبهة لهذا الفناء منذ عام 2011 وقد اكتشفت بالفعل مئات الآلاف من الأحداث. لا يزال العلماء غير متأكدين مما إذا كانت هذه تأتي من المادة المظلمة ، ولا يزال يتعين على الإشارة مساعدتهم في تحديد ماهية المادة المظلمة .
هل المادة المظلمة موجودة في كل مجرة ؟
غالبًا ما يقال إن المادة المظلمة هي القوة المسيطرة التي تنظم البنى الكبيرة مثل المجرات والعناقيد المجرية ، لأنها تفوق بشكل كبير المادة العادية. لذلك ، كان من الغريب أن أعلن علماء الفلك ، في وقت سابق من هذا العام ، أنهم عثروا على مجرة تسمى NGC 1052-DF2 يبدو أنها لا تحتوي على أي مادة مظلمة على الإطلاق. قال بيتر فان دوكوم من جامعة ييل لموقع ProfoundSpace.org في ذلك الوقت : “من الواضح أن المادة المظلمة ليست شرطًا لتشكيل مجرة” . ومع ذلك ، خلال الصيف ، نشر فريق منفصل تحليلاً يشير إلى أن فريق فان دوكوم قد أخطأ في قياس المسافة إلى المجرة ، مما يعني أن المادة المرئية كانت أضعف بكثير وأخف من الاكتشافات الأولى وأن كتلتها كانت في المادة المظلمة أكثر مما كانت عليه.
هل يمكن ان تحتوي المادة المظلمة على شحنة كهربائية ؟
قادت إشارة من بداية الزمن بعض الفيزيائيين إلى اقتراح أن المادة المظلمة قد تحتوي على شحنة كهربائية. تم إصدار إشعاع بطول موجي يبلغ 21 سم من النجوم في بداية الكون ، بعد 180 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم. ثم تم امتصاصه بواسطة الهيدروجين البارد الذي كان موجودًا في نفس الوقت. عندما تم اكتشاف هذا الإشعاع في فبراير من هذا العام ، أشار توقيعه إلى أن الهيدروجين كان أبرد بكثير مما توقع العلماء. افترض عالم الفيزياء الفلكية جوليان مونيوز Julian Muñoz من جامعة هارفارد أن المادة المظلمة بشحنة كهربائية يمكن أن تسحب الحرارة بعيدًا عن الهيدروجين المنتشر ، نوعًا ما مثل مكعبات الثلج التي تطفو في عصير الليمون ، كما أخبر Live Science في ذلك الوقت .
هل يمكن للجسيمات العادية أن تتحلل إلى مادة مظلمة ؟
النيوترونات هي جسيمات مادة عادية ذات عمر محدود. بعد حوالي 14.5 دقيقة ، يتحلل نيوترون وحيد غير مرتبط بذرة إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو. لكن هناك إعدادان تجريبيان مختلفان يعطيان عمرًا مختلفًا قليلاً لهذا الاضمحلال ، مع وجود تناقض بينهما حوالي 9 ثوانٍ ، وفقًا للتجارب التي تم الاستشهاد بها في دراسة يوليو في مجلة Physical Review Letters. في وقت سابق من هذا العام ، اقترح علماء الفيزياء أنه إذا كانت بعض النيوترونات تتحلل إلى جسيمات مادة مظلمة بنسبة 1 في المائة من الوقت ، فيمكن أن يفسر هذا الشذوذ. راقب كريستوفر موريس من مختبر لوس ألاموس الوطني في نيو مكسيكو وفريقه النيوترونات بحثًا عن إشارة يمكن أن تكون مادة مظلمة ولكنها لم تكن قادرة على اكتشاف أي شيء. وأشاروا إلى أن سيناريوهات الاضمحلال الأخرى ربما لا تزال ممكنة ، وفقًا للدراسة.
هل المادة المظلمة موجودة بالفعل ؟
نظرًا للصعوبات التي واجهها العلماء في محاولة اكتشاف وشرح المادة المظلمة ، قد يتساءل السائل العقلاني عما إذا كانوا يفعلون ذلك بشكل خاطئ. لسنوات عديدة ، دفعت أقلية صاخبة من الفيزيائيين بفكرة أنه ربما تكون نظرياتنا عن الجاذبية خاطئة ببساطة ، وأن القوة الأساسية تعمل بشكل مختلف على نطاقات كبيرة مما نتوقع. غالبًا ما تُعرف هذه الاقتراحات باسم “الديناميكيات النيوتونية المعدلة” أو نماذج MOND ، وتفترض هذه الاقتراحات أنه لا توجد مادة مظلمة وأن السرعات فائقة السرعة التي تُرى فيها النجوم والمجرات تدور حول بعضها البعض هي نتيجة لتصرف الجاذبية بطرق مدهشة. كتب الفيزيائي دون لينكولن في شرح لـ Live Science : “لا تزال المادة المظلمة نموذجًا غير مؤكد”. ومع ذلك فإن المنتقدين لم يقنعوا المجال الأكبر بأفكارهم بعد. وما هو أحدث دليل؟ كما يشير إلى أن المادة المظلمة حقيقية .
المصادر
https://www.livescience.com/64113-dark-matter-mysteries.html
