عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
رسم توضيحي يظهر هالة من المادة المظلمة حول مجرة حلزونية. | الائتمان: روبرت ليا (تم إنشاؤه باستخدام Canva)
يقدم بحث جديد أدلة جديدة مقنعة على أن المادة المظلمة تتفاعل مع “جسيمات شبحية” كونية تسمى النيوترينوات. إذا كان الأمر كذلك، فإن هذا التفاعل يمكن أن يشكل تحديًا خطيرًا للنموذج القياسي لعلم الكون، وهو أفضل نموذج حالي لدينا للكون.
النيوترينوات اكتسبت لقبها المخيف نظرًا لحقيقة أنه بينما تنتقل هذه الجسيمات عديمة الشحنة وعديمة الكتلة تقريبًا عبر الفضاء بسرعة تقارب سرعة الضوء، فإنها بالكاد تتفاعل مع الجسيمات الأخرى، وتشق طريقها عبر الأجسام الصلبة مثل الكواكب. في الواقع، التفاعلات بين هذه الجسيمات والمواد الأخرى نادرة جدًا وعابرة، حيث أنه في كل ثانية، يتدفق حوالي 100 تريليون نيوترينو عبر جسمك دون أن تشعر بأي شيء. المادة المظلمة مشابه؛ على الرغم من أنها تمثل حوالي 85% من المادة في الكون، فإن كل ما يتكون من المادة المظلمة نادرًا ما يتفاعل مع المادة العادية والضوء، هذا إن حدث على الإطلاق. في الواقع، لا يمكن استنتاج المادة المظلمة غير المرئية فعليًا إلا من خلال تفاعلها مع الجاذبية وتأثير ذلك على الضوء والمادة التقليدية.
ومع ذلك، تشير النتائج الجديدة التي توصل إليها فريق من الباحثين من جامعة شيفيلد إلى وجود تفاعل طفيف، في شكل تبادل بسيط للزخم، بين المادة المظلمة والنيوترينوات. وهو ما يتناقض مع ما يسمى “لامدا المادة المظلمة الباردة (LCDM)” الذي يحاول تفسير بنية الكون وتطوره، والذي يقول أن المادة المظلمة والنيوترينوات موجودة بشكل مستقل ولا تتفاعل مع بعضها البعض.
يأتي الدليل على هذا الاقتراح الذي يحتمل أن يؤدي إلى تحول نموذجي من عمليات رصد الكون في حالته الحالية، التي أجرتها كاميرا الطاقة المظلمة الموجودة على تلسكوب فيكتور إم بلانكو في تشيلي، ومن خرائط المجرات التي أنشأها مسح سلون الرقمي للسماء، وتفاصيل الماضي البعيد للكون التي جمعها كل من تلسكوب أتاكاما لعلم الكونيات (ACT) والمرصد الفضائي. وكالة الفضاء الأوروبية (وكالة الفضاء الأوروبية) مركبة تلسكوب بلانك الفضائية.
لقد كشفت هذه الملاحظات أن الكون الحديث أقل “تكتلًا” مما ينبغي. يمكن تفسير هذا اللغز الكوني من خلال التفاعلات بين المادة المظلمة والنيوترينوات، والتي من شأنها أن تؤثر على الطريقة التي تتشكل وتتطور بها الهياكل الكونية مثل المجرات.
وقالت عضوة الفريق إليونورا دي فالنتينو من جامعة شيفيلد في بيان: “نتائجنا تعالج لغزًا طويل الأمد في علم الكونيات. تتنبأ قياسات الكون المبكر بأن الهياكل الكونية يجب أن تنمو بقوة أكبر بمرور الوقت مما نلاحظه اليوم”. “ومع ذلك، تشير ملاحظات الكون الحديث إلى أن المادة أقل تكتلا قليلا مما كان متوقعا، مما يشير إلى عدم تطابق طفيف بين القياسات المبكرة والمتأخرة. ولا يعني هذا التوتر أن النموذج الكوني القياسي خاطئ، ولكنه قد يوحي بأنه غير مكتمل.
وأضاف دي فالنتينو: “تُظهر دراستنا أن التفاعلات بين المادة المظلمة والنيوترينوات يمكن أن تساعد في تفسير هذا الاختلاف، مما يوفر نظرة جديدة حول كيفية تشكل البنية في الكون”.
والخطوة التالية هي اختبار هذه الفكرة، وهو أمر يعتقد الفريق أنه ممكن باستخدام ملاحظات دقيقة من التلسكوبات المستقبلية لأحفورة كونية تسمى خلفية الميكروويف الكوني (CMB)، بقايا من حدث وقع في الكون بعد وقت قصير من الانفجار الكبير. يمكن لعلماء الفلك أيضًا اختبار هذه النظرية باستخدام تأثير محدد للأجسام ذات الكتلة الكبيرة على الفضاء، وبالتالي الضوء، وهي ظاهرة تسمى “عدسة الجاذبية“وهذا من شأنه أن يسمح لهم بقياس توزيع المادة العادية والمادة المظلمة بشكل أفضل.
وقال عضو الفريق ويليام جياري من جامعة هاواي: “إذا تم تأكيد هذا التفاعل بين المادة المظلمة والنيوترينوات، فسيكون ذلك بمثابة إنجاز كبير”. “لن يلقي هذا ضوءًا جديدًا على عدم التطابق المستمر بين المسابر الكونية المختلفة فحسب، بل سيوفر أيضًا لعلماء فيزياء الجسيمات اتجاهًا ملموسًا، مما يشير إلى الخصائص التي يجب البحث عنها في التجارب المعملية للمساعدة في كشف الطبيعة الحقيقية للمادة المظلمة.”
تم نشر بحث الفريق في 2 يناير في المجلة علم الفلك الطبيعة.