اكتشاف "القزم المظلم" قد يفتح الباب أمام فك لغز المادة المظلمة

DNVN - أظهرت دراسة نُشرت حديثًا أن "الأقزام المظلمة" الغامضة قد تقدم أدلة مهمة، مما يساهم في توضيح الطبيعة الحقيقية للمادة المظلمة - أحد أكبر ألغاز علم الكونيات الحديث.

قد تكون فئة جديدة مقترحة من الأجرام النجمية، تُسمى الأقزام المظلمة، كامنة في مركز مجرتنا. قد لا تكون هذه النجوم الخافتة منخفضة الكتلة مدعومة بالاندماج النووي، بل بفناء جسيمات المادة المظلمة، مما قد يكشف عن الطبيعة الغامضة لأحد أعظم ألغاز الكون. (فكرة فنية). المصدر: SciTechDaily.

نُشر في مجلة الفيزياء الفلكية والفيزياء الفلكية النووية، فريقٌ من الباحثين من المملكة المتحدة وهاواي طرح مفهوم الأقزام المظلمة، ووصف كيف يُمكن للبشر رصدها باستخدام الأجهزة المتوفرة، بما في ذلك تلسكوب جيمس ويب الفضائي. لا يُطلق على الأقزام المظلمة اسم "الأقزام المظلمة" لأنها مظلمة بطبيعتها، بل لارتباطها الوثيق بالمادة المظلمة - وهي مادة لا تزال تُشكّل جوهر الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات حتى اليوم.

نعتقد أن 25% من الكون يتكون من نوع من المادة لا ينبعث منه ضوء، مما يجعله غير مرئي للعين المجردة والتلسكوبات. لا يمكننا رصده إلا من خلال تأثيراته التجاذبية. ولهذا السبب نُطلق عليه اسم المادة المظلمة، كما أوضح البروفيسور جيريمي ساكستين، المؤلف المشارك في الدراسة من جامعة هاواي.

على الرغم من تأكيد وجود المادة المظلمة ورصد العلماء لسلوكها، إلا أن طبيعتها الحقيقية لا تزال لغزًا. على مدار الخمسين عامًا الماضية، طُرحت فرضيات عديدة، لكن لم تُدعم أي منها ببيانات تجريبية قوية. تهدف دراسات كهذه إلى توفير أساليب عملية للوصول إلى إجابة نهائية.

من أبرز المرشحين للمادة المظلمة الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs)، وهي جسيمات ذات كتل هائلة تتفاعل بشكل ضعيف جدًا مع المادة العادية. تمر هذه الجسيمات عبر كل شيء دون أن تُكتشف تقريبًا، ولا تُصدر ضوءًا، ولا تتأثر بالقوى الكهرومغناطيسية، وبالتالي لا تعكس الضوء وتبقى غير مرئية. لا يمكن اكتشاف هذه الجسيمات إلا بشكل غير مباشر من خلال تأثيرها التجاذبي. وهذا أيضًا نوع المادة المظلمة الضروري لوجود الأقزام المظلمة.

رسم توضيحي لقزم أسود. المصدر: صورة من تصميم فريق سيسا ميديا ​​لاب باستخدام أدوبي إليستريتور.

يشرح ساكشتاين قائلاً: "يمكن للمادة المظلمة أن تتفاعل جاذبيًا، فتُحاصر داخل النجوم وتتراكم داخلها. وعندما يحدث ذلك، يمكنها أن تتفاعل مع نفسها وتُفني نفسها، مُطلقةً طاقة تُسخّن النجم".

النجوم العادية، كالشمس، تتألق من خلال الاندماج النووي في نواتها، عندما تكون ضخمة بما يكفي لتضغط الجاذبية المادة إلى الحد الذي يُحفّز تفاعلات بين النوى الذرية، مُطلقةً كميات هائلة من الطاقة التي نراها كضوء. من ناحية أخرى، تتألق الأقزام المظلمة أيضًا، ولكن ليس من خلال الاندماج النووي.

قال ساكستين: "الأقزام المظلمة صغيرة جدًا، إذ لا تتجاوز كتلتها 8% من كتلة الشمس". هذه الكتل الصغيرة لا تكفي لبدء تفاعلات الاندماج. لذا، على الرغم من شيوعها في الكون، فإنها عادةً ما تُصدر وهجًا خافتًا فقط من الطاقة الناتجة عن انهيارها التجاذبي الصغير، وتُسمى الأقزام البنية.

ومع ذلك، عندما توجد في مناطق غنية بالمادة المظلمة، مثل مركز مجرة ​​درب التبانة، يمكن للأقزام البنية أن تتحول إلى أشكال أخرى. وأكد ساكستين: "تتجمع هذه الأجرام المادة المظلمة، مما يجعلها أقزامًا مظلمة. كلما زادت المادة المظلمة حولها، زادت كمية المادة المظلمة التي تجمعها. وكلما تراكمت المادة المظلمة، زادت الطاقة التي يمكن أن تولّدها من فنائها".

لكن جميع هذه النظريات لا تُجدي نفعًا إلا مع نوع معين من المادة المظلمة. يقول ساكستين: "لكي توجد الأقزام المظلمة، يجب أن تتكون المادة المظلمة من جسيمات ضعيفة التفاعل (WIMPs)، أو أي جسيمات ضخمة قادرة على التفاعل مع نفسها لتكوين مادة مرئية". نظريات أخرى، مثل الأكسيونات، والنيوترينوات العقيمة، أو الجسيمات فائقة الخفة الخافتة، خفيفة جدًا بحيث لا تُحدث التأثير المطلوب. وحدها الجسيمات الضخمة القادرة على التفاعل والفناء إلى طاقة مرئية هي التي تُوفر طاقة كافية للأقزام المظلمة.

لكن لكي تكون هذه الفرضية صحيحة، لا بد من وجود طريقة محددة لتحديد الأقزام المظلمة. لذا يقترح ساكستين وزملاؤه بصمةً مميزة: الليثيوم-7. وهو عنصر يحترق بسرعة كبيرة في النجوم العادية ويختفي بسرعة. يوضح ساكستين: "إذا وجدتَ جسمًا يشبه القزم المظلم، يمكنك التحقق من وجود آثار لليثيوم-7. إذا كان لا يزال موجودًا، فلا يمكن أن يكون قزمًا بنيًا أو ما شابه".

يُعتقد أن الأجهزة الحديثة، مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي، قادرة على رصد أجسام شديدة البرودة، مثل الأقزام المظلمة. يقترح ساكستين نهجًا مختلفًا: "خيار آخر هو دراسة المجموعة بأكملها، ثم السؤال إحصائيًا عما إذا كان ينبغي إضافة مجموعة أخرى من الأقزام المظلمة لتوصيفها بشكل أفضل".

إذا اكتشف العلماء قزمًا مظلمًا واحدًا أو أكثر في السنوات القادمة، فهل سيكون ذلك كافيًا لدعم فرضية أن المادة المظلمة تتكون من جسيمات ضعيفة التفاعل (WIMPs)؟ أجاب ساكستين: "بقوة". وأضاف: "مع جسيمات المادة المظلمة الخفيفة، مثل الأكسيونات، لا أعتقد أننا سنجد أي شيء يشبه القزم المظلم. فهي لا تتراكم داخل النجوم. إذا وجدنا أقزامًا مظلمة، فسيكون ذلك دليلًا قويًا على أن المادة المظلمة ضخمة وتتفاعل بقوة مع نفسها، ولكن بشكل ضعيف فقط مع النموذج القياسي. وهذا يشمل جسيمات ضعيفة التفاعل (WIMPs) وبعض النماذج الغريبة الأخرى".

ومع ذلك، فقد أشار أيضًا إلى أن اكتشاف الأقزام المظلمة لا يعني بالضرورة أن المادة المظلمة هي جسيم ضعيف التفاعل، ولكنها قد تكون جسيمًا ضعيف التفاعل أو شكلًا آخر من أشكال المادة التي تتصرف بشكل وثيق مثل جسيم ضعيف التفاعل.

إذا تم تأكيد هذه الفرضية، فإنها ستفتح آفاقًا جديدة للأبحاث، وقد تلقي الضوء على أحد أعظم ألغاز الكون.

لا خي (وفقا لصحيفة سايتك ديلي)

المصدر: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203