الكون أسخن قليلاً مما يجب أن يكون. يمكن إلقاء اللوم على “الفوتونات المظلمة”.
تشير الملاحظات إلى أن الغاز بين المجرات في كوننا أسخن قليلاً مما يجب أن يكون. في الآونة الأخيرة ، استخدم فريق من علماء الفيزياء الفلكية عمليات محاكاة حاسوبية متطورة لاقتراح حل جذري: شكل غريب من المادة المظلمة يُعرف باسم “الظلام الفوتونات“يمكن أن يكون تدفئة المكان.
ستكون هذه الجسيمات الغريبة حاملة لقوة خامسة جديدة من الطبيعة لا تختبرها المادة العادية ، ولكن في بعض الأحيان يمكن لهذه الفوتونات المظلمة أن تقلب هوياتها لتصبح فوتونات منتظمة ، مما يوفر مصدرًا للحرارة.
الشعور بالحياد
يمكننا العثور على مثل هذه الفوتونات المظلمة من خلال مراقبة الغاز بين المجرات باستخدام ما يعرف بغابة ليمان ألفا. عندما نلاحظ الضوء من جسم بعيد ومشرق ، مثل الكوازار (أجسام متوهجة مدعومة من الثقوب السوداء في مراكز المجرات البعيدة) ، هناك سلسلة من الفجوات في طيف سلس من الضوء من هذا الجسم البعيد.
وإليك السبب: يجب على هذا الضوء أن يمر عبر مليارات السنين الضوئية من الغاز حتى يصل إلينا. في بعض الأحيان ، يمر هذا الضوء عبر كتلة كثيفة نسبيًا من الهيدروجين المحايد – وهو نوع من الهيدروجين يتكون من بروتون واحد ونيوترون واحد ، والذي يتخلل سحب الغاز في جميع أنحاء الكون.
سوف يمر معظم هذا الضوء دون أن يتأثر ، ولكن أ الطول الموجي المحدد جدا للضوء سوف يمتص. يتوافق هذا الطول الموجي مع فرق الطاقة اللازم لدفع الإلكترون من مستوى طاقته الأول إلى مستوى طاقته الثاني داخل ذرات الهيدروجين.
عندما ينظر علماء الفلك إلى الضوء القادم من هذا الجسم ، فإنه سيبدو غير ملحوظ بخلاف ذلك باستثناء فجوة في الطول الموجي لانتقال الطاقة المحدد ، والمعروف باسم خط ليمان ألفا.
سيمر الضوء القادم من الجسم البعيد عبر عدة غيوم وكتل من الهيدروجين المحايد. يؤدي توسع الكون إلى انزياح الفجوات إلى الأحمر إلى أطوال موجية مختلفة ، مع ظهور فجوة جديدة بطول موجة مختلف اعتمادًا على المسافة إلى السحب الغازية المعينة .. والنتيجة النهائية لهذا هي “الغابة”: سلسلة من الخطوط و الفجوات في الطيف.
الحصول على الساخن هنا
يمكن أيضًا استخدام فجوات Lyman-alpha هذه لقياس درجة حرارة كل سحابة غازية. إذا كان الهيدروجين المحايد ثابتًا تمامًا ، فستظهر الفجوة كخط رفيع بشكل لا يصدق. ولكن إذا كانت الجزيئات الفردية تتحرك ، فستتسع الفجوة بسبب الطاقة الحركية لتلك الجزيئات. كلما زاد حرارة الغاز ، زادت الطاقة الحركية للجزيئات ، واتسعت الفجوة.
في ورقة نشرت في نوفمبر في المجلة رسائل المراجعة البدنية، أشار فريق من علماء الفيزياء الفلكية إلى أنه باستخدام هذه الطريقة ، يبدو أن سحب الغازات المنتشرة بين المجرات شديدة الحرارة. تتنبأ المحاكاة الحاسوبية لتطور تلك السحب الغازية بأنها أبرد قليلاً مما نلاحظه ، ولذا ربما هناك شيء ما يسخن تلك السحب التي لم يتم حسابها حاليًا في عمليات المحاكاة الفيزيائية الفلكية.
يزعم مؤلفو الدراسة أن أحد التفسيرات المحتملة لهذا التناقض هو وجود “فوتونات مظلمة” في كوننا. هذا هو شكل افتراضي للغاية من المادة المظلمة، المادة الغامضة غير المرئية التي تمثل ما يقرب من 80٪ من كل الكتلة في الكون ، ومع ذلك لا يبدو أنها تتفاعل مع الضوء.
نظرًا لأن علماء الفلك لا يفهمون حاليًا هوية المادة المظلمة ، فإن المجال مفتوح على مصراعيه مع احتمالات ما يمكن أن يكون. في هذا النموذج ، بدلاً من أن تكون المادة المظلمة مصنوعة من جسيمات غير مرئية (مثل نسخة شبحية من الإلكترونات ، على سبيل المثال) ، فإنها ستصنع بدلاً من ذلك من نوع جديد من حاملة القوة – أي نوع من الجسيمات التي تتوسط التفاعلات بين جسيمات أخرى.
ظلام دافئ وغامض
الفوتون المألوف هو حامل القوة للكهرومغناطيسية – إنه ما يولد الكهرباء والمغناطيسية والضوء. ستكون الفوتونات المظلمة حاملة قوة لقوة جديدة من الطبيعة لا تعمل بالمقاييس المعتادة في السيناريوهات المعتادة (على سبيل المثال ، في مختبراتنا أو داخل النظام الشمسي، حيث كنا قد لاحظناه بالفعل).
وفقًا لمؤلفي الدراسة ، ستظل للفوتونات المظلمة كتلة صغيرة جدًا ، وبالتالي لا يزال بإمكانهم تفسير المادة المظلمة. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأنها حاملة للقوة ، فقد تتفاعل أيضًا فيما بينها ومع جسيمات المادة المظلمة المحتملة الأخرى. في النماذج التي بحثها فريق علماء الفيزياء الفلكية ، يمكن للفوتونات المظلمة أن تؤدي خدعة أخرى: يمكن أن تتحول أحيانًا إلى فوتون عادي.
من الناحية الفيزيائية ، يمكن للفوتونات المظلمة أن “تختلط” بالفوتونات العادية ، ونادرًا ما تتبادل الهويات. عندما يفعلون ذلك ، يستمر الفوتون الذي تم إنشاؤه حديثًا في فعل ما تفعله الفوتونات العادية دائمًا: تسخين الأشياء. أجرى الباحثون أول محاكاة على الإطلاق لتطور الكون ، بما في ذلك تأثيرات هذه الفوتونات المظلمة المتغيرة الشكل. ووجدوا أن توليفة معينة من كتلة الفوتون الداكن واحتمال التحول إلى فوتون منتظم يمكن أن يفسر تناقض التسخين.
هذه النتيجة بعيدة جدًا عن حالة وجود الفوتونات المظلمة. يمكن أن تفسر مجموعة من الاحتمالات أيضًا نتائج Lyman-alpha ، مثل الملاحظات غير الدقيقة أو الفهم السيئ للتدفئة الفيزيائية الفلكية (العادية) بين المجرات. لكنه دليل مثير للاهتمام ، ويمكن استخدام النتائج كنقطة انطلاق لمواصلة استكشاف جدوى هذه الفكرة الغريبة.
