المادة الداكنة .. تثير غموض الكون

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

أين وصلت البحوث والتجارب حول الطاقة الداكنة والمادة السوداء؟ فرغم التقارب في التسمية إلا انه لا علاقة بينهما مطلقا. وهناك بحوث حول عدم وجود الطاقة الداكنة، وقد يتوقف الزمن، وتنطلق عندها الأجرام السماوية بسرعة خيالية نحو المادة السوداء.

يطلق على الطاقة اسم الداكنة لأنها غامضة، فهي القوة التي تجعل الكون يتمدد أسرع وأسرع في كل مرة. ولا أحد يعرف ما هية هذه الطاقة.ومن ناحية أخرى، تسمى المادة المظلمة لانها غير مرئية تماما. وهي نوع من مادة تفوق في حجمها النجوم والمجرات العادية بعدة مرات.فنحن نعلم انها هناك، لأن لها جاذبية خطرة بحيث انها تجذب المجرات والنجوم المقتربة منها أو المحيطة بها، فيما لا ينبعث منها أي ضوء ولا ينعكس عنها أيضا.

ويعتبر كلا العنصرين الأسودين ذا شأن كبير في مجال علم الفلك. فقد حصل ثلاثة من علماء الفيزياء على جائزة نوبل فقط نهاية العام الماضي، بفضل اثباتهم بالدليل وجود الطاقة الداكنة وهي التي تدل على سرعة حركة الكون. لكن هؤلاء العلماء فشلوا في إقناع لجنة نوبل بحصر وجود المادة المظلمة بطريقة ما، على الرغم من أن الفكرة كانت موجودة منذ وقت طويل.

ففي ثلاثينيات القرن الماضي افترض الفلكي فريتز زيوكي كيفية انطلاق المجرات السريعة في الفضاء وحركتها في مدارات بعيدة، بحيث لا يمكن رؤية بعض اجزائها بسبب انحرافها نحو قطب الجاذبية.

وفي السبعينيات، وضع عالما الفيزياء "فيرا روبن" و" كينت فورد" أدلة أقوى على وجود المادة المظلمة، ولكن عملهما جوبه بالفتور وعدم المبالاة. ومع ذلك، ومع مرور الزمن، أصبحت المادة المظلمة جزءا مقبولا في علم الفلك الحديث، وهناك دراسة جديدة تم نشرها في مجلة الفيزياء الفلكية، تضع بعض الافتراضات الأساسية حول هذا الموضوع موضع تساؤل.

كانت الحكمة التقليدية منذ أوائل التسعينيات تقول أن المادة المظلمة تتكون من سحب عملاقة من الأجسام والجزيئات الذرية غير المكتشفة والتي لا تزال تعرف باسم الجزيئات الضخمة ضعيفة التفاعل، ولا شك ان تكون المعلومات مثيرة في عالم الفلك لعشاق نظرية الانفجار الكبير (بغ بانغ).

مؤخرا، قام عالم الفلك "مات ووكر" من مركز هارفارد سميثونيان للفيزياء الفلكية بدراسة في اثنين من المجرات القزمة التي تحوم على أطراف درب التبانة، وبحث عن أدلة جديدة على سلوك الجزيئات الضخمة ضعيفة التفاعل، فبرز تساؤل عما إذا كانت الجسيمات موجودة أصلا.
ويقول ووكر: "نتائجنا تشكل تحديا حقيقيا على المادة المظلمة والباردة، وأعتقد أنه من المؤكد أن هناك مشكلة في اثبات وجودها."

تم العثور على مفتاح مهم للقضية التي يعمل ووكر فيها من خلال استخدامه لكلمة "الباردة"، التي لا تعني ما يعنيه معظم الناس عندما يستخدمونها. في الفيزياء الفلكية، تعتبر الجسيمات الباردة هي تلك التي ولدت وهي تتحرك ببطء نسبي مع سرعة الضوء.
أما النيوترونات، فعلى النقيض منها، فإنها تعرف بإسم الجسيمات الساخنة، وتتحرك بسرعة الضوء تقريبا (وربما أسرع قليلا).

فقد اعتقد علماء الفلك في البداية أن النيوترونات هي المرشحة للمادة المظلمة، وهو خيار معقول، على الأقل منذ معرفتنا بوجودها. ولكن عندما شرع القائمون على النظريات بتوزيع النيوترونات في أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم ضمن وضع المحاكاة لتقريب الصورة، اختفت الجسيمات الرشيقة قبل أن تتمكن من تشكيل سحابة لأي شيء.

وفي النهاية تحول مجال الإهتمام نحو الجزيئات الضخمة ضعيفة التفاعل. ورغم كون هذه الجزيئات افتراضية بحتة، ولكن نظرية الجسيمات الابتدائية قد اشارت الى أن شيئا من هذا القبيل قد يكون موجودا. وهذا ما يفسر سبب كون الجزيئات الضخمة ضعيفة التفاعل بعيدة المنال جدا وذات طبيعة تتعلق بالزيغ، فهي تعتمد وسائل تفاعل ضعيفة، من بين أمور أخرى، حيث تكون الجسيمات غير قادرة على خاصية عكس الضوء أو انبعاثه.

إن أفضل الحالات في الفحص هي في وضع الجزيئات في برامج المحاكاة الحاسوبية، إذ إنها تتكثف بسهولة إلى كتل، والتي بدورها تنسحب ضمن مجموعات من العناصر العادية لتشكيل النجوم والمجرات.

كان علماء الفيزياء الفلكية الذين تسلحوا بقرائن قوية عن المادة المظلمة الباردة، يبحثون عن دليل على الجزيئات الضخمة ضعيفة التفاعل منذ ذلك الحين.ويحاول العلماء الآن تشكيلها في حجرة تصادم الجسيمات الضخمة، وهي حجرة لتسريع حركة الجسيمات الضخمة ضمن مختبر واسع بالقرب من جنيف.أما الباحث ووكر وزميله "جورج بينارابيا" من جامعة كامبردج فقد عملا في بحث طويل على أكثر من دليل للكشف عن الجزيئات الضخمة ضعيفة التفاعل من خلال اختبار أحدى الحركات اللولبية السلوكية للجزيئات. فمن الناحية النظرية وفق طريقة المحاكاة، ينبغي أن تنمو السحب الداكنة للجزيئات والتي تحيط بالمجرات المرئية وتغلفها باللون الداكن.

وتزداد كثافتها أكثر فأكثر مع أقترابها من المركز، والتي تشكل في نهاية المطاف عقدة، أو نتوءا، من نفس جنس المواد. ولكن في الكون الحقيقي، فإن الكثافة يقاس تأثيرها من خلال دوران نجوم المرئية، وتزداد إلى حد معين فقط، ثم تبقى النسبة ثابتة في بقية الطريق إلى المركز.

إن التفسير التقليدي، حسب وصف ووكر، هو أن النجوم المتفجرة في مراكز المجرات تحرك المادة المظلمة الداكنة التي تكون متجانسة مع بعضها البعض.اختار هذان الباحثان المجرات القزمية كمكان لمحاولة حل مشكلة ظهور العقد والنتوءات لسبب وجيه جدا. وكقاعدة عامة، تبدو المجرات القزمية محتوية على نسبة أعلى من كتلتها في المادة المظلمة، ولديها نسبة أقل في النجوم الموجودة في المجرات الحلزونية. ومع عدد أقل من النجوم، يجب أن يكون هناك عدد أقل من التفجيرات لتحريك المادة المظلمة أو الداكنة. وذلك من شأنه أن يفترض أن تعرض المجرات القزمية عقدا ونتوءات داكنة للجسيمات والتي تفتقر لها مراكز المجرات اللولبية والحلزونية.

أما الخلل المرتبط بالنجوم في المجرات القزمية فيكمن بكونها لا تتحرك في مدارات دائرية ثابتة، بل تسير في الاتجاه نفسه لحركة النجوم في المجرات الحلزونية وبنفس طريقة الحركة اللولبية. وبالمقابل، فإنها تتحرك في اتجاهات عشوائية، كما في حركة النحل داخل الخلية، حسب وصف الباحث بينارابيا. في ضوء ذلك، يصبح من الصعب كثيرا قياس كثافة المادة المظلمة مع الإقتراب من وسط المجة القزمية.

غير إن الباحثين الفلكيين ووكر وبينارابيا استخدما طريقة معينة للوصول إلى حساب كثافة الجسيمات.وهي طريقة معقدة إلى حد ما، بل إنها مفرطة في تعقيداتها، ولكن يكفي أن نقول أنه عندما تم تطبيق تحليل العالمين مع آلاف النجوم في كلتا المجرتين القزمية والحلزونية، لم تكن هناك نتوءات أو عقد. وبدون توضيح حالة النتوءات والعقد في النجوم المتفجرة، فإن عموم فكرة المادة المظلمة الباردة ستكون في ورطة كيفية قراءة النظرية والتطبيق من جديد رغم تطبيق النظرية على آلاف النجوم في كلتا المجرتين.

بالتأكيد، ليست القضية مغلقة حتى الآن، وهناك الكثير من الطرق التي يمكن للمادة المظلمة اثبات العكس والنجاح في آخر النتائج. فقد تكون الجزيئات الداكنة لا حارة ولا باردة، بل دافئة (أو "فاترة في حرارتها"، كما يقول ووكر)، وتتحرك ضمن سرعة متوسطة أثناء البداية المبكرة للكون قبل أن تظهر تشكيلات السحاب.

وإذا كان الأمر كذلك، فإن أي جزء في هذه النظرية من الفرضية الجديدة من الضروري إعادة النظر فيه، وربما يمكن تفسير عدم وجود نتوءات أو عقد. ويقول ووكر: "لا استبعد الكشف عن المادة المظلمة "الفاترة" من خلال ملاحظاتنا، ولكن من الصعب القيام بجهد لمحاكاتها على الحاسوب".

كما أن من المستبعد جدا أن يتم إنشاؤها في حجرة "مصادم الجسيمات" الضخمة ولن يتم رصدها في أي من هذه التجارب في الوقت الحاضر التي تحدد ما يتم التوصل والكشف عنه، وهذا يعني أن كامل مجال الدراسة لا بد من تعديله. فالكون، وبوضوح، لا يتخلى عن أسراره بسهولة، وأن لجنة نوبل من غير المرجح أن تمنح جائزة المادة المظلمة في أي وقت قريب.

المادة الداكنة .. تثير غموض الكون

المادة الداكنة .. تثير غموض الكون

المحاكاة الحاسوبية

طرائق لحساب الجسيمات