يمكن تفسير السلوك الغريب في مجموعة ضخمة من المجرات المندمجة إذا كانت المادة المظلمة، وهي المادة الأكثر غموضا في الكون، يمكن أن تصطدم بنفسها. ومع ذلك، فإن النموذج الأكثر تفضيلاً في علم الكونيات حاليًا هو نموذج المادة المظلمة الباردة (CDM)، وهو يشير إلى أن المادة المظلمة، التي تكون غير مرئية فعليًا لأنها لا تتفاعل مع الضوء، لا تتفاعل ذاتيًا.
للوصول إلى جوهر هذا اللغز، بدأ باحثون من مجموعة الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات التابعة للجامعة الإيطالية Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) في محاكاة ما يحدث داخل العنقود المجري الضخم “El Gordo” (والذي يعني حرفيًا “الكتلة السمينة”). ” بالإسبانية). وتقع على بعد حوالي 7 مليارات سنة ضوئية من الأرض.
كشفت هذه المحاكاة أن فيزياء العنقود المجري الفائق المتصادم – الذي تعادل كتلته 3 ملايين مليار شمس والمسمى رسميًا ACT-CL J0102-4915 – يمكن تفسيره من خلال نظرية بديلة لآلية التنمية النظيفة. تُسمى هذه النظرية البديلة بنموذج المادة المظلمة ذاتية التفاعل (SIDM).
متعلق ب: تشير “حلقة أينشتاين” الغريبة إلى أن المادة المظلمة الغامضة تتفاعل مع نفسها
وكما يوحي اسمه، يفترض هذا النموذج أنه مهما كانت المادة المظلمة التي تتكون منها، فإن المادة يمكن أن تتصادم وتتفاعل مع نفسها. إذا تم وصف الكون بدقة بواسطة نموذج SIDM، فهذا يعني أن جسيمات المادة المظلمة يمكنها تبادل الطاقة مع نفسها.
مختبر المادة المظلمة “الدهون”.
حقيقة أن المادة المظلمة لا تتفاعل مع الضوء ولا مع المادة المرئية قد أوضحت للعلماء أنها لا يمكن أن تتكون من ذرات مكونة من إلكترونات وبروتونات ونيوترونات. تلك هي الأجزاء التي تشكل النجوم والكواكب والأقمار وأجسادنا. تعتبر هذه الجسيمات مجتمعة جزءًا من عائلة الباريونات، لذلك يُطلق على المادة اليومية اسم “المادة الباريونية” من الناحية الفنية.
تتفاعل المادة المظلمة مع الجاذبية، لذا فإن تأثيرها على نسيج الفضاء يمكن أن يؤثر على المادة المرئية الباريونية والضوء. هكذا يستنتج العلماء وجود المادة المظلمة. ومع ذلك، تمثل المادة المظلمة مشكلة كبيرة للفيزياء. يفوق عدد جسيمات المادة المظلمة عدد الجسيمات الباريونية بشكل كبير بما لا يقل عن 5 إلى 1، وربما بما يصل إلى 9 إلى 1، مما يعني أن الأشياء التي نراها في الكون ليست سوى جزء صغير من محتواه الفعلي.
“وفقًا للنموذج الكوني القياسي المقبول حاليًا، فإن كثافة المادة الباريونية الحالية للكون يمكن أن تمثل 10% فقط من إجمالي محتوى المادة. أما الـ 90% المتبقية فهي في شكل مادة مظلمة،” قائد الفريق والعالم في SISSA ريكاردو فالدارنيني. قال في بيان. “يُعتقد عمومًا أن هذه المادة غير باريونية وتتكون من جسيمات باردة غير قابلة للتصادم، والتي تستجيب فقط للجاذبية.
“ومع ذلك، لا يزال هناك عدد من الملاحظات التي لم يتم تفسيرها بعد باستخدام النموذج القياسي.”
يتكون El Gordo من مجموعتين فرعيتين منفصلتين من المجرات تصطدمان بسرعة عدة ملايين من الأميال في الساعة. إنه بعيد جدًا لدرجة أنه يُرى كما كان عندما كان عمر الكون أقل من نصف عمره الحالي. وأوضح فالدارنيني أن الهياكل الضخمة والواسعة مثل El Gordo، الذي تم اكتشافه في عام 2012، توفر مختبرات كونية مثالية لدراسة نماذج SIDM المحتملة.
وقال فالدارنيني: “هذه هي مجموعات المجرات الضخمة، والهياكل الكونية العملاقة التي تحدد، عند الاصطدام، الأحداث الأكثر نشاطا منذ الانفجار الكبير”. “إل جوردو هي واحدة من أكبر مجموعات المجرات التي نعرفها. ونظرًا لخصائصها، كانت إل جوردو موضوعًا للعديد من الدراسات النظرية والرصدية.”
مشكلة للنموذج القياسي لعلم الكونيات
يشير النموذج القياسي لعلم الكونيات CDM إلى أنه عندما تتصادم المجرات في عنقود ما وتندمج، فإن مكون الغاز في مثل هذا الحدث يجب أن يتصرف بشكل مختلف عن مكون المادة المظلمة، ويتبدد كجزء من الطاقة المنطلقة في البداية.
وأوضح فالدارنيني: “لهذا السبب، بعد الاصطدام، ستتخلف ذروة كثافة كتلة الغاز عن كثافة المادة المظلمة والمجرات”.
يشير نموذج SIDM إلى أن شيئًا مختلفًا سيحدث أثناء هذه الاصطدامات. في هذا النموذج، سيكون هناك فصل مادي بين النقاط ذات الكثافة القصوى لكتلة المادة المظلمة، والتي يشار إليها باسم “النقط الوسطى للمادة المظلمة”، عن مكونات الكتلة الأخرى للمجرات المتصادمة. يبدو أن ملاحظات El Gordo تشير إلى توقيع SIDM الدقيق.
يتكون El Gordo من مجموعتين فرعيتين ضخمتين من المجرات تسمى الشمالية الغربية (NW) والجنوبية الشرقية (SE) على التوالي. تُظهر صور الأشعة السينية للعنقود الفائق المتصادم بأكمله ذروة واحدة للأشعة السينية في العنقود الفرعي SE وذيلين ممدودين خافتين يمتدان إلى ما بعد هذه الذروة.
إحدى السمات الغريبة لهذه الانبعاثات هي اختلاف مواقع الذروة لمكونات الكتلة المختلفة. على عكس ما يُرى في عنقود هائل آخر من المجرات المتصادمة، يسمى العنقود الرصاصي، فإن ذروة الأشعة السينية في El Gordo تسبق ذروة المادة المظلمة SE. بالإضافة إلى ذلك، فإن المجرة العنقودية الأكثر سطوعًا (BCG) في El Gordo تتخلف عن ذروة الأشعة السينية، ويبدو أيضًا أنها مُزاحة من النقطه الوسطى ذات الكتلة لـ SE. هناك أيضًا ميزات غريبة في المجموعة الشمالية الغربية من El Gordo. في هذه المنطقة، يتم تعويض ذروة كثافة المجرات مكانيًا عن ذروة الكتلة المقابلة.
لشرح هذه الميزات وربما التحقق من صحة نموذج SIDM، أجرى فالدارنيني والفريق مجموعة كبيرة من عمليات المحاكاة الهيدروديناميكية لـ El Gordo، والتي تهدف إلى إعادة إنتاج الخصائص المرصودة للعنقود الفائق الضخم.
وتابع: “النتيجة الأكثر أهمية لدراسة المحاكاة هذه هي أن الانفصال النسبي الذي لوحظ بين النقط الوسطى الكتلية المختلفة لعنقود “El Gordo” يتم تفسيره بشكل طبيعي إذا كانت المادة المظلمة تتفاعل ذاتيًا”. “لهذا السبب، توفر هذه النتائج علامة لا لبس فيها على سلوك المادة المظلمة التي تظهر خصائص تصادمية في انزياح أحمر عالي النشاط للغاية. [very distant] الاصطدام العنقودي.”
قصص ذات الصلة
– هناك شيء “مريب” يحدث مع هالة المادة المظلمة في درب التبانة
– كيف سيبحث خليفة مصادم الهادرونات الكبير عن الكون المظلم
– تم اكتشاف مادة مظلمة تتدلى من الشبكة الكونية للمرة الأولى
ومع ذلك، يعترف باحث SISSM أيضًا بوجود تناقضات بين نماذج SIDM وملاحظات El Gordo بالإضافة إلى عمليات المحاكاة، مع وجود بعض القيم المقاسة أعلى من الحدود العليا المتوقعة للنموذج لمثل هذه الاندماجات العنقودية.
“يشير هذا إلى أن نماذج SIDM الحالية يجب اعتبارها مجرد تقريب منخفض الترتيب وأن العمليات الفيزيائية الأساسية التي تصف تفاعل المادة المظلمة في عمليات الاندماج العنقودية الكبرى هي أكثر تعقيدًا مما يمكن تمثيله بشكل مناسب من خلال النهج المفترض بشكل شائع استنادًا إلى تشتت جسيمات المادة المظلمة” ، اختتم فالدارنيني. “تقدم الدراسة حجة مقنعة لإمكانية تفاعل المادة المظلمة ذاتيًا بين العناقيد المتصادمة كبديل لنموذج المادة المظلمة القياسي غير التصادمي.”
نُشر بحث الفريق في شهر أبريل في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.