قد تسمح الصور التي أنشأها تلسكوب نانسي غريس الروماني الفضائي القادم التابع لناسا للعلماء بالبحث عن المادة المظلمة بين النجوم.
يعتقد فريق دولي من الباحثين أن الفجوات الموجودة في سلاسل النجوم المتدلية من الكرات المتراصة بإحكام من الأجسام النجمية القديمة، والتي تسمى العناقيد الكروية، يمكن أن تتأثر بكتل المادة المظلمة.
حتى الآن، لم يتمكن علماء الفلك إلا من دراسة هذه التيارات النجمية المتدلية داخل مجرة درب التبانة، مما يعني أن فهمنا لها محدود. من المفترض أن يكون رومان، المقرر إطلاقه في عام 2027، حساسًا بدرجة كافية لرؤية هذه الهياكل في مجرتنا المجاورة أندروميدا – وبمثل هذه التفاصيل سيكون من الممكن رؤية الاضطرابات الناجمة عن المادة المظلمة، مما يعطي علماء الفلك أدلة حول هذه المادة المراوغة.
وقال تجيتسكي ستاركنبرج، عضو الفريق والعالم في جامعة نورث وسترن، في بيان: “هناك تيارات نجمية في مجرتنا، حيث نرى فجوات قد تكون بسبب المادة المظلمة”. “لكن هذه الفجوات يمكن تشكيلها أيضًا بوسائل أخرى.”
متعلق ب: نظرية “القوة المظلمة” يمكن أن تحل لغزين كونيين مفتوحين
ويؤكد الفريق أنه بينما يراقب رومان الفجوات في مجرات أخرى غير مجرة درب التبانة، فإنه سيوفر للعلماء صورة أفضل لهذه الفجوات ككل. وهذا يمكن أن يساعد في النهاية في تحديد وجود وخصائص كتل المادة المظلمة.
القراءة بين السطور (أو النجوم بالأحرى)
المادة المظلمة مثيرة للقلق بالنسبة للعلماء، لأنه على الرغم من أنها تمثل ما يقدر بنحو 85٪ من المادة في الكون، إلا أن لديهم فكرة قليلة جدًا عن ماهيتها.
لا تتفاعل المادة المظلمة مع الضوء، مما يعني أنها غير مرئية فعليًا لأعيننا ولا يمكن أن تتكون من ذرات تتكون من الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات التي تشكل المادة “اليومية” التي اعتدنا عليها. فكر في النجوم والكواكب والزهور والكتب. كل ما نراه بالعين المجردة – بما في ذلك أجسادنا – يتكون من هذه المادة “الطبيعية”.
ومع ذلك، تتفاعل المادة المظلمة مع الجاذبية، وهذا يعني أن الطريقة الوحيدة التي يمكن للعلماء من خلالها استنتاج وجودها هي من خلال النظر في كيفية تأثير تأثيرها على الجاذبية لاحقًا على كل المادة والضوء اليومي.
حقيقة أن المادة المظلمة تتفاعل مع الجاذبية هي في الواقع محظوظة لتطور الكون. بعض المجرات، على سبيل المثال، تدور بسرعة كبيرة لدرجة أن جاذبية مادتها المرئية – النجوم والغاز والغبار والكواكب – لن تكون كافية لمنعها من التطاير إلى حد كبير.
وقال كريستيان أغانزي، عضو الفريق وزميل ما بعد الدكتوراه في جامعة ستانفورد، في البيان: “إننا نرى تأثير المادة المظلمة على المجرات”. “على سبيل المثال، عندما نقوم بنمذجة كيفية دوران المجرات، نحتاج إلى كتلة إضافية لتفسير دورانها. وقد توفر المادة المظلمة تلك الكتلة المفقودة.”
قد تتدلى أدلة حول المادة المظلمة من العناقيد الكروية، التي غالبًا ما تحتوي على ملايين النجوم، جنبًا إلى جنب مع تيارات نجمية فضفاضة. وذلك لأن العلماء يعتقدون أن المادة المظلمة يمكنها “إحداث ثقوب” في هذه التيارات النجمية، مما يخلق فجوات يمكن استخدامها لتقييم طبيعة هذا الشكل الغامض من المادة.
وقال ستاركنبرج: “إن السبب وراء كون هذه التيارات أكثر إثارة للاهتمام لرؤية تأثيرات كتل المادة المظلمة هذه ذو شقين”. “أولاً، “تعيش” هذه التيارات في المناطق الخارجية المتطرفة للمجرة، حيث لا يوجد سوى القليل جدًا من البنية.
“وثانيًا، هذه التيارات رقيقة جدًا في جوهرها لأنها تشكلت من مجموعات كثيفة من النجوم، مما يعني أنه يمكنك رؤية الفجوات أو أي اضطراب بسهولة أكبر.”
هذه ليست فكرة جديدة، لكنها فكرة لم يتم استغلالها بالكامل للوصول إلى حل مشكلة المادة المظلمة. تقتصر التلسكوبات الفضائية والأدوات الأرضية الحالية على البحث عن ثقوب مثقوبة بالمادة المظلمة في عدد صغير من التدفقات النجمية المتدلية من العناقيد الكروية داخل درب التبانة.
ومن موقعه على بعد حوالي مليون ميل (1.6 مليون كيلومتر) من الأرض، سيتمكن رومان من استكشاف مثل هذه الميزات في المجرات المجاورة، وخاصة أندروميدا، لأول مرة. ستنتج أداته ذات المجال الواسع صورًا أكبر بـ 200 مرة من تلك التي أنشأها تلسكوب هابل الفضائي.
ولاختبار ذلك، قام هذا الفريق بمحاكاة تيارات من النجوم وسمح لها بالتفاعل مع كتل المادة المظلمة، مما أدى إلى توليد فجوات كما كان متوقعًا. ثم قام العلماء بإنشاء ملاحظات رومانية وهمية لهذه المساحات المثقوبة بالمادة المظلمة في تيارات نجمية. وخلصوا إلى أن رومان سيكون بالفعل قادرًا على اكتشاف هذه الفجوات عندما يفتح عينيه على الكون أخيرًا.
سوف يلقي الرومان المزيد من الضوء على المادة المظلمة
لن تكون دراسة التيارات النجمية المتدلية من العناقيد الكروية هي البحث الوحيد عن المادة المظلمة الذي ينخرط فيه رومان أثناء دراسته للكون.
ويعتقد العلماء أن معظم المجرات، إن لم يكن كلها، مغلفة بهالات من هذه المادة الغامضة. ويعتقد أن هذه الهالات تمتد إلى ما هو أبعد من محتويات المادة المرئية للمجرات. وستتم دراسة هذا الأخير أيضًا بواسطة التلسكوب الفضائي، الذي سمي على اسم أول رئيسة لعلم الفلك في ناسا نانسي جريس رومان، والتي تُعرف باسم “أم هابل”.
لن يتم استخدام رومان للتحقيق في هالة المادة المظلمة حول المرأة المسلسلة فحسب، بل سيحقق أيضًا في احتمال وجود “هالات فرعية” أصغر من المادة المظلمة حول المجرة القريبة.
وقال ستاركنبرج: “نتوقع أن تتفاعل الهالات الفرعية الأصغر حجما من المادة المظلمة مع تيارات العنقود الكروي”. “إذا كانت هذه الهالات الفرعية موجودة في مجرات أخرى، فإننا نتوقع أننا سنرى فجوات في تيارات الكتلة الكروية التي من المحتمل أن تكون ناجمة عن هذه الهالات الفرعية.
“سيعطينا ذلك معلومات جديدة حول المادة المظلمة، بما في ذلك أنواع هالات المادة المظلمة الموجودة وما هي كتلتها.”
قصص ذات الصلة
– قد تكون المادة المظلمة مختبئة في نفاثات الجسيمات في مصادم الهادرونات الكبير
– تم العثور على “تكتلات” المادة المظلمة من خلال الاستفادة من نظرية النسبية العامة لأينشتاين
– وإليك كيف سيبحث التلسكوب الفضائي الروماني التابع لناسا عن الثقوب السوداء الوحيدة والكواكب الخارجية البعيدة
بالإضافة إلى مشاركته في هذه الدراسة، يساعد ستاركنبرج بالفعل في إرساء الأساس لعمل رومان في تحقيق المادة المظلمة بمساعدة التمويل من خلال برنامج فرص المشاركة ودعم أبحاث التلسكوب الفضائي نانسي جريس رومان التابع لناسا.
وقالت: “يخطط هذا الفريق لوضع نموذج لكيفية تشكل العناقيد الكروية في تيارات نجمية من خلال تطوير إطار نظري أكثر تفصيلاً”. “سنستمر في التنبؤ بأصول العناقيد الكروية التي تشكل تيارًا وما إذا كان من الممكن ملاحظة هذه التيارات باستخدام الرومان”.
تم تفصيل بحث الفريق في ورقة ما قبل الطباعة الموجودة في مستودع الأوراق arXiv وتم قبولها للنشر في مجلة الفيزياء الفلكية.