تشير نظرية جديدة إلى أن المادة المظلمة تتكون من جسيمات تتفاعل بقوة مع بعضها البعض عبر ما يسمى “القوة المظلمة”. إذا كان هذا صحيحًا، فقد يفسر أخيرًا الكثافة الشديدة التي نراها في هالات المادة المظلمة المحيطة بالمجرات.
إن وجود جسيمات تسمى المادة المظلمة ذاتية التفاعل (SIDM) يعمل كبديل للبرودة المادة المظلمة النظريات التي تشير إلى أن المادة المراوغة تتكون من جسيمات ضخمة، بطيئة الحركة (وبالتالي باردة)، ضعيفة التفاعل ولا تتصادم. المشكلة في نماذج المادة المظلمة الباردة تلك هي أنها تكافح من أجل تفسير لغزين يحيطان بما يعرف بهالات المادة المظلمة.
“الأولى هي هالة من المادة المظلمة عالية الكثافة في مجرة إهليلجية ضخمة. تم اكتشاف الهالة من خلال عمليات رصد عدسة الجاذبية القوية، وكثافتها عالية جدًا لدرجة أنها غير محتملة للغاية في نظرية المادة المظلمة الباردة السائدة”. بو يو، قائد الفريق وأستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد، قال في بيان.
وتابع: “والثاني هو أن هالات المادة المظلمة في المجرات فائقة الانتشار لها كثافات منخفضة للغاية، ويصعب تفسيرها من خلال نظرية المادة المظلمة الباردة”.
متعلق ب: قد تكون المادة المظلمة مختبئة في نفاثات جسيمات مصادم الهادرونات الكبير
الهالات
تمثل المادة المظلمة معضلة كبيرة للعلماء، لأنها على الرغم من أنها تشكل حوالي 85% من المادة في الكون، إلا أنها لا تتفاعل مع الضوء، وبالتالي تظل غير مرئية تقريبًا بالنسبة لنا. وهذا يخبر الباحثين أن المادة المظلمة لا يمكن أن تكون مجرد تكتلات غير مرئية من المادة تتكون من الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات – ما يسمى بالمادة الباريونية التي تضم النجوم والكواكب وأجسادنا وكل شيء نراه حولنا يوميًا تقريبًا. -أساس اليوم. لا، المادة المظلمة يجب أن تكون مصنوعة من شيء آخر.
الطريقة الوحيدة التي يمكن للباحثين من خلالها استنتاج وجود المادة المظلمة على الإطلاق، في الواقع، هي أن لها كتلة وبالتالي تتفاعل مع الجاذبية. يمكن “الشعور” بهذا التأثير من خلال المادة الباريونية التي يمكننا رؤيتها بالفعل، ومن خلال الضوء، الذي يستطيع علماء الفلك ملاحظته بالتأكيد.
وبشكل أكثر تحديدًا، عندما ينتقل الضوء عبر هذه المجرات المغلفة بالمادة المظلمة من مصادر خلفية، فإن تأثير المادة على نسيج الفضاء يحول مسار الضوء، وبالتالي يجعل مصادر الخلفية تبدو “منقولة” إلى مواقع جديدة في الفضاء.
هذا التأثير، المسمى عدسة الجاذبية، هو ما سمح للعلماء في الأصل بتحديد أن معظم المجرات، إن لم يكن كلها، محاطة بهالات من المادة المظلمة في المقام الأول. ويعتقد أن هذه الهالات تمتد إلى ما هو أبعد من حدود الأجسام المادية المرئية لتلك المجرات مثل النجوم والغاز والغبار. كما سمحت عدسة الجاذبية لعلماء الفلك بقياس كثافة هالات المادة المظلمة. الهالات الأكثر كثافة هي المسؤولة عن عدسة أقوى من الهالات الأقل كثافة حول المجرات فائقة الانتشار – وهي مجرات منخفضة السطوع تحتوي على غازات ونجوم متناثرة. ومع ذلك، فقد واجه الباحثون صعوبة في تفسير الحدود القصوى لكثافات هالة المادة المظلمة.
أدخل الذكاء الاصطناعي
ولمعالجة هذا اللغز، قام يو وزملاؤه، بما في ذلك باحثي ما بعد الدكتوراه في جامعة جنوب كاليفورنيا، إيثان نادلر ودانينج يانج، ببناء محاكاة عالية الدقة للهياكل الكونية التي تعتمد على الملاحظات الفلكية الفعلية.
لقد أخذوا في الاعتبار في هذه المحاكاة التفاعلات الذاتية القوية للمادة المظلمة على مقاييس الكتلة المتعلقة بالهالات العدسية القوية والمجرات فائقة الانتشار.
وأوضح نادلر: “تؤدي هذه التفاعلات الذاتية إلى انتقال الحرارة في الهالة، مما يؤدي إلى تنويع كثافة الهالة في المناطق المركزية من المجرات”. “وبعبارة أخرى، بعض الهالات لديها كثافات مركزية أعلى، والبعض الآخر لديه كثافات مركزية أقل، مقارنة بنظيراتها من المادة المظلمة الباردة، مع تفاصيل تعتمد على تاريخ التطور الكوني وبيئة الهالات الفردية.”
وخلص الفريق إلى أن تفاعل SIDM من خلال “القوة المظلمة”، تمامًا كما تتفاعل الجسيمات الباريونية من خلال القوة الكهرومغناطيسية وعبر القوى النووية القوية والضعيفة، يمكن أن يقدم حلاً لا تقدمه نظريات المادة المظلمة الباردة.
وأضاف يانغ: “تواجه المادة المظلمة الباردة تحديًا لتفسير هذه الألغاز. ويمكن القول إن SIDM هو المرشح المقنع للتوفيق بين النقيضين المتعارضين”. “الآن هناك احتمال مثير للاهتمام بأن تكون المادة المظلمة أكثر تعقيدًا وحيوية مما توقعنا.”
قصص ذات الصلة:
– ما زلنا لا نعرف ما هي المادة المظلمة، ولكن إليك ما ليست كذلك
– علماء الفلك يزنون هالات المادة المظلمة للمجرات القديمة للمرة الأولى
– هل يمكن أن يحل “الفراغ الفائق” جدلاً لا هوادة فيه حول معدل توسع الكون؟
ويعتقد الفريق أن بحثهم يقدم أيضًا مثالًا على القوة التحليلية لتوحيد الملاحظات الحقيقية للكون، والتي تنمو بالتفصيل مع كل جيل جديد من التلسكوبات، مع القوة المزدهرة للذكاء الاصطناعي.
وقال يو: “نأمل أن يشجع عملنا على إجراء المزيد من الدراسات في هذا المجال البحثي الواعد”. “سيكون هذا تطورًا يأتي في الوقت المناسب بشكل خاص نظرًا للتدفق المتوقع للبيانات في المستقبل القريب من المراصد الفلكية، بما في ذلك تلسكوب جيمس ويب الفضائي ومرصد روبن القادم.”
نُشر بحث الفريق في نوفمبر رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.