ماذا لو كنا نفكر في المادة المظلمة كلها خاطئ ، يتساءل العالم

عند الشراء من خلال روابط على مقالاتنا ، قد يكسب المستقبل وشركاء المشاركة في العمولة.

يمكن أن تصنع المادة المظلمة من الثقوب السوداء الصغيرة التي تشكلت عندما ينهار ما يسمى “الباريون المظلمة”. أو بدلاً من ذلك ، يمكن أن تكون المادة المظلمة نوعًا من الجسيمات التي تم إنشاؤها بواسطة شكل من أشكال الإشعاع في الأفق الكوني.

هذا ما يعنيه كل هذا.

المادة المظلمة هي المادة التي يبدو أنها تشكل حوالي 27 ٪ من عالمنا ، مقارنة بـ 5 ٪ من عالمنا المكون من المسألة “العادية”. يعلم العلماء بالتأكيد أن المادة المظلمة موجودة بسبب بعض الآثار الغريبة التي لوحظت في الكون أن المادة الطبيعية لا يمكن أن تفسرها. ومع ذلك ، لا أحد يعرف ما هي المادة المظلمة التي تصنعها.

لعقود من الزمان ، كان المرشح الرائد هو اللاعب ، أو تفاعل جسيمات ضخمة بشكل ضعيف. ولكن مع بدء البحث عن Wimps في التعثر مع استمرار التجارب في الظهور خالي الوفاض ، بدأت نظريات جديدة للمواد المظلمة في السطح. من بينهما نموذجان جديدان تم تطويرهما من قبل ستيفانو بروفومو ، وهو أستاذ الفيزياء النظرية في جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو-وأفكاره تأخذ نظرة مختلفة تمامًا عن مشكلة الظلام.

وقال بروفومو لـ Space.com: “موقفي هو أننا حاولنا بجد التفكير في المادة المظلمة كجسيم ، لكنها لم تنجح حتى الآن”. “أعتقد أنه من الطبيعي أن تأخذ استراحة وننظر إلى كل شيء من مسافة بعيدة ، وأتساءل عما إذا كنا نفكر بشكل أساسي في هذا الأمر بطريقة خاطئة.”

في ورقة واحدة ، ينظر Profumo في ما إذا كان “القطاع المظلم” يمكن أن يكون ما يولد المادة المظلمة. من خلال القطاع المظلم ، لا يشير إلى كيفية تحكم عالمنا للمادة المظلمة والطاقة المظلمة. بدلاً من ذلك ، يشير إلى نوع من “عالم المرآة” للجزيئات التي تتفاعل عبر القوى التي لا يختبرها نوعنا من المسألة في عالمنا.

يقول بروفومو إن المفهوم ليس غريباً كما قد يبدو. على سبيل المثال ، يسلط الضوء على كيفية ربط الكواركات داخل البروتونات والنيوترونات معًا من خلال القوة النووية القوية.

وقال بروفومو: “لكن بعد ذلك ، خذ الإلكترونات ، التي هي أعمى تمامًا للقوة القوية. لا يشعرون بذلك على الإطلاق. بالنسبة لهم القوة القوية هي قطاع مظلم”. “إنه أمر شائع في النموذج القياسي.”

يقول بروفومو إن الباريون المظلمة سيكون معادلًا للبروتونات أو النيوترونات في هذا القطاع المظلم ، باستثناء أنه يمكن أن يحتوي على أكثر من ثلاثة كواركات ، وبالتالي يكون أكثر ضخامة.

كانت الخطوة التالية في نظرية الباحث مستوحاة من ابنه المراهق وهو يسأل عما إذا كان جسيم ضخم بما فيه الكفاية يمكن أن ينهار تحت ثقله لتشكيل ثقب أسود صغير. يمكن أن يكون الباريون المظلمون في القطاع المظلم ، إذا كان موجودًا ، هائلاً بما يكفي للقيام بذلك – وقد تكون هذه الثقوب السوداء الصغيرة منتشرة في الكون وتشكل جماعيًا ما نسميه المادة المظلمة.

وقال بروفومو: “لقد عملت مع أشخاص فكروا بعمق في قطاع مظلم يعادل القوة القوية ، لكنهم لم يدفعوا أبدًا إلى حدود الثقب الأسود”. “لكنني أعتقد حقًا أنه من المحتمل أن نأخذ في الاعتبار”.

تحيط الثقوب السوداء ، الكبيرة أو الصغيرة ، بحدود غير مرئية تسمى أفق الحدث ، حيث تكون الجاذبية قوية جدًا بحيث لا يمكن للضوء حتى الهروب. ومع ذلك ، فإن أفق الحدث “ساخن” – يمكن أن تشع الجسيمات التي تم إنشاؤها على الحدود بواسطة التأثيرات الكمومية كما نسميها إشعاع الصقور (المسمى فيزيائي شهير ستيفن هوكينج ، الذي يعود الفضل في الفكرة). مع مرور الوقت ، يزيل الإشعاع الصقور الكتلة والطاقة من ثقب أسود ، مما تسبب في تبخرها تدريجياً. بالنسبة للثقوب السوداء الفائقة ، فإن هذا سيستغرق وقتًا طويلاً – 10^100 عام على الأقل. ومع ذلك ، يمكن أن تتبخر الثقوب السوداء على أصغر المقاييس- ما نسميه مقياس بلانك- في فترة زمنية أقل من عمر الكون.

ومع ذلك ، إذا قدمنا بعض الافتراضات حول طبيعة هذه الثقوب السوداء التي تشكلتها انهيار الباريون المظلمة ، فيمكن أن يصبح إشعاع الصقور قمعهم ، مما يمنعهم من التبخر وتمكينهم من التصرف كمادة مظلمة.

في هذه الأثناء ، تلعب فكرة Profumo الأخرى على مفهوم الإشعاع الصقور أيضًا ، ولكن بطريقة جديدة تمامًا.

نحن نعيش في عالم يتوسع بمعدل تسريع ، مع أخذ مناطق من الكون بعيدًا حتى أن ضوءهم لن يصل إلينا أبدًا. هذا يؤدي إلى حدود ، أو أفق كوني ، والذي يحدد حافة الكون المرئي. يمكن أن يكون هناك الكثير من الكون وراء هذا الأفق ، لكننا لن نراه أبدًا.

الآن ، دعنا نعود في الوقت المناسب لحظة الانفجار الكبير. بدأ الكون بمجموعة من الطاقة التوسعية المعروفة باسم التضخم. استمرت هذه الفترة التضخمية جزءًا صغيرًا من الثانية. ومع ذلك ، فإن بعض النماذج تفترض أيضًا أن هناك انفجارًا موجزًا آخر من الطاقة التوسعية بعد التضخم.

وقال بروفومو: “إنها في الأساس فترة من التضخم المصغر”. “يمكن أن يرتبط بالتضخم وكيف ينتهي ، أو يمكن أن يكون مدفوعًا بتشكيل مماثل للتضخم.”

خلقت هذه الفترة التوسعية الثانية آفاقًا كونية مثل الأفق الكوني الذي يحد الكون المرئي اليوم. ومع ذلك ، فإن الكون المرئي اليوم هو 93 مليار سنة ضوئية عبر ، مع الأرض في مركزها (مفهوم الكون “المرئي” يعتمد على المراقب للغاية-المراقبون في أجزاء مختلفة من الكون سيرون حجمًا مختلفًا من الكون الذي يمكن ملاحظته حول أنفسهم). الحجم الهائل للكون المرئي يعني أن درجة الحرارة في الأفق الكوني منخفضة للغاية لأن المساحة نفسها أصبحت منتشرة.

ومع ذلك ، خلال انفجار التضخم الثاني ، كان الكون لا يزال مضغوطًا بشكل لا يصدق وكانت درجة الحرارة في الأفق ساخنة للغاية.

أدرك بروفومو أن هذه الآفاق الكونية المبكرة يمكن أن تتصرف مثل آفاق الأحداث ؛ في الواقع ، فإن المفهوم يشبه إلى حد ما ثقبًا أسودًا ولكنه تحول إلى الداخل لأن كل شيء خارج الأفق الكوني منفصل عنا إلى الأبد ، تمامًا مثل كل شيء داخل أفق حدث Black Hole. ومثلما ينبعث إشعاع الصقور من أفق حدث الأسود ، يقترح Profumo أن الأفق الكوني يمكن أن يختبر أيضًا الإشعاع الصقور بالطريقة نفسها ، وأن طاقة هذا الإشعاع يمكن أن تتحول إلى نوع من جسيم المادة المظلمة.

“ربما [dark matter] قال بروفومو: “في وقت مبكر ، كان الكون يتصرف مثل الثقب الأسود ، وكان هناك أشياء تم رشها في الكون لأن الكون كان يتبخر بنفس الطريقة التي يتبخر بها ثقب أسود”.

قد يبدو هذا تعسفيًا إلى حد ما ، لأن موقع الأفق الكوني يعتمد على موقع المراقب. ومع ذلك ، نظرًا لأن الكون متجانس (نفس الشيء في كل نقطة على المقاييس الكبيرة) والمواصفات الخواص (نفس الشيء في جميع الاتجاهات)- اثنان من الصور الشعرية التي نسميها المبدأ الكوني- ثم يجب على أي مراقبين رؤية نفس القدر الدقيق من المادة المظلمة ، أينما كانا.

Profumo لا يقول بالضرورة أن المادة المظلمة يجب أن تكون واحدة من هذين الاحتمالين ؛ في الواقع ، فإن حقيقة أنه طور نظريتين تعني أنه يتردد في تثبيت ألوانه على أي صاري معين.

وقال بروفومو: “الهدف من اللعبة هو فهم اتساع ونطاق ما يمكن أن تكون عليه المادة المظلمة ، وإلقاء الشبكة على نطاق واسع قدر الإمكان”.

قصص ذات صلة

– ما هي المادة المظلمة؟

– “المادة المظلمة أكثر قيمة من الذهب”: تساعد المجرات المتذبذبة في تسليط الضوء على أغرب الأشياء في الكون

– المادة المظلمة التي تم التقاطها قد تحول بعض “النجوم الفاشلة” إلى “Dark Dwarfs”

كل ما نعرفه على وجه اليقين بشأن المادة المظلمة هو أنه يتفاعل عبر الجاذبية ، ومع ذلك على الرغم من لغزها ، فإنه مهيمن تمامًا في كيفية تجميع المادة في الكون في مجرات. ما يقرب من قرن من الزمان منذ أن اقترح فريتز زويكي لأول مرة وجود المادة المظلمة ، وحوالي نصف قرن منذ أن أكدت فيرا روبن الحاجة إلى المادة المظلمة في عالمنا ، ما زلنا لا نعرف أي شيء عنها. يمكن أن تضيق التجارب خصائص المادة المظلمة ، وبالتالي كلما زادت الأفكار التي لدينا على الطاولة ، زاد احتمال أن نتمكن من مطابقة أحدها مع الخصائص المرصودة للمادة المظلمة.

نُشرت فرضية ثقب السوطة في قطاع البروفيسور في 9 مايو في المراجعة المادية D ، ونشرت نموذجه الأفق الكوني في نفس المجلة في 8 يوليو.