قد تكون الهوية السرية للمادة المظلمة مختبئة في حلقات مشوهة لأينشتاين
قد يقترب الباحثون خطوة واحدة من الكشف عن الهوية الحقيقية لـ المادة المظلمة بعد دراسة كيفية انحناء الضوء عن الشكل في حلقات أينشتاين الملتوية بشكل غريب وغيرها من الأجسام ذات العدسة الجاذبية.
يقدر الباحثون أن المادة المظلمة تشكل حوالي 85٪ من الكون. ولكن على الرغم من أن الخبراء قد لاحظوا تأثيرات الجاذبية للمادة المظلمة و حدد مكان وجوده، لا يزال العلماء ليس لديهم فكرة عما هو عليه حقًا. يحدث هذا الالتباس بسبب حقيقة أن المادة المظلمة لا تصدر ضوءًا أو أي شكل آخر من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي مثل المادة العادية أو الباريونية.
منذ أن كانت المادة المظلمة تم وضع النظرية لأول مرة في أواخر القرن التاسع عشر، قدم العلماء الكثير من الاقتراحات حول ماهية المادة المظلمة حقًا. ومع ذلك ، يدرك المجتمع العلمي حاليًا أن اثنين من المرشحين الافتراضيين هما الجانيان المحتملان: الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs) ، والتي من المتوقع أن تتصرف مثل الجسيمات الأخرى ؛ والأكسيونات ، وهي جسيمات دقيقة من المحتمل أن تتصرف مثل الموجات بسبب التداخل الكمي. ولكن على الرغم من سنوات من التجارب في مسرعات الجسيمات ، لم يتم اكتشاف أي من WIMPs ولا أكسيونات.
في دراسة جديدة نشرت في 20 أبريل في المجلة علم الفلك الطبيعي (يفتح في علامة تبويب جديدة)، حاول الباحثون اكتشاف المادة المظلمة المرشحة الأكثر ترجيحًا من خلال تحليل العديد من الأجسام غير المعتادة ذات العدسة الجاذبية – وهي أجسام بعيدة للغاية يتم تكبيرها عندما ينتقل الضوء المنبعث من خلال الجاذبية الملتوية. وقت فراغ حول كائن أقرب.
صورة 1 ل 2
عادةً ما يتسبب انعكاس الجاذبية في ظهور الضوء من جسم بعيد ، مثل المجرة أو الكوازار ، وكأنه ينحني حول جسم أقرب ، متساوٍ في الكتلة يتم وضعه بين الجسم البعيد والمراقب. الكتلة الهائلة للجسم الأمامي ، والتي يمكن أن تكون مجرة أو كوازار أو ثقب أسود ، تخلق قوة جاذبية شديدة تنحني حول الزمكان ؛ لذلك بدلاً من انحناء الضوء حول الكائن الأمامي ، ينتقل الضوء في خط مستقيم عبر الزمكان المنحني. والنتيجة هي حلقة جزئية أو كاملة من الضوء المكبر المرئي للمراقب ، والتي تمكن العلماء من دراسة الجسم البعيد بتفاصيل أكبر مما هو ممكن في العادة.
عندما تشكل حلقة الضوء المحيطة بالكائن الأمامي دائرة مثالية أو قريبة من الكمال ، فإنها تُعرف باسم حلقة أينشتاين بعد البرت اينشتاين، الذي تنبأ بهذه الظاهرة لأول مرة في عام 1912. في أغسطس 2022 ، تلسكوب جيمس ويب الفضائي التقط صورة مذهلة من أكثر حلقات آينشتاين مثاليةً على الإطلاق.
ومع ذلك ، يمكن أن تظهر بعض حلقات أينشتاين ، بالإضافة إلى الكائنات الأخرى ذات العدسة غير الحلقية ، مكررة ، حيث تظهر صور متعددة لنفس الكائن ذي العدسة. يعتقد العلماء أن هذه الكرات الغريبة تنشأ عندما ينحني الزمكان بشكل أكبر عن طريق “هالات المادة المظلمة” – وهي حلقات افتراضية من المادة المظلمة تحيط بمجرات معينة ولكن لم يتم اكتشافها بشكل مباشر مطلقًا.
“من خلال دراسة كيفية تشوه الحلقات أو الصور العدسية الأخرى ، يمكن لعلماء الفلك التعرف على خصائص هالة المادة المظلمة المحيطة بالحلقات الأقرب [foreground] المجرة ” روسانا روجيري (يفتح في علامة تبويب جديدة)، عالم الكونيات بجامعة كوينزلاند الذي لم يشارك في الدراسة ، كتب في مقال عن الدراسة في المحادثة (يفتح في علامة تبويب جديدة).
للقيام بذلك ، حلل الباحثون صورًا للعديد من الأجسام ذات العدسات الغريبة ، مع التركيز بشكل خاص على HS 0810 + 2554 ، وهو كوازار رباعي العدسة كان تم اكتشافه لأول مرة في عام 2002 (يفتح في علامة تبويب جديدة). ثم قارنوا هذه الصور مع عمليتي محاكاة حاسوبية – واحدة حيث تم صنع الهالة في الغالب من جزيئات ، مثل WIMPs ، والأخرى حيث كان للهالة خصائص تشبه الموجة ، مثل الأكسيونات. اكتشف الفريق أنه بالنسبة لكل كائن ، فإن الصور تتطابق بشكل وثيق مع نموذج الأكسيون.
وقال روجيري: “تشير النتيجة إلى أن الأكسيونات هي مرشح أكثر ترجيحًا للمادة المظلمة” ، الأمر الذي جعل بعض العلماء “ينبضون بالإثارة”. وأضافت أن الجدل لا يزال بعيد المنال ، وهناك حاجة لدراسات متابعة لإثبات هذه النظرية.
الأكسيونات و WIMPs ليسا المرشحان الوحيدان المحتملان للمادة المظلمة. اقترح بحث سابق أن المادة غير المرئية يمكن أن تتكون أيضًا من نيوترينوات ، الجرافيتون أو الثقوب السوداء الصغيرة (المعروفة أيضًا باسم “كرات فيرمي”). تشير المزيد من الدراسات البعيدة إلى أن المادة المظلمة يمكن أن تتكون في الواقع من مادة مظلمة تتفاعل مع نفسها بأبعاد إضافية غير معروفة.
