ببساطة ، لا يعتقد أن المادة المظلمة تشكل الجزء الأكبر من كتلة الكون فحسب ، بل تعمل أيضًا كسقالة تبنى عليها المجرات. ولكن للعثور على دليل على هذه الكتلة الغامضة وغير المرئية ، يضطر العلماء إلى الاعتماد على طرق غير مباشرة مماثلة لتلك المستخدمة في دراسة الثقوب السوداء. بشكل أساسي ، يقيسون كيفية تأثير وجود المادة المظلمة على النجوم والمجرات في محيطها.
حتى الآن ، تمكن علماء الفلك من العثور على أدلة على تكتلات المادة المظلمة حول المجرات المتوسطة والكبيرة. باستخدام البيانات من تلسكوب هابل الفضائي وتقنية رصد جديدة ، وجد فريق من علماء الفلك من UCLA و NASA JPL أن المادة المظلمة يمكن أن تشكل كتلًا أصغر بكثير مما كان يعتقد سابقًا. تم تقديم هذه النتائج هذا الأسبوع في الاجتماع 235 للجمعية الفلكية الأمريكية (AAS).
تنص أكثر النظريات المقبولة على نطاق واسع حول المادة المظلمة على أنها لا تتكون من نفس مادة الباريونيك (المعروفة أيضًا باسم المواد العادية أو "المضيئة") ، أي البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. بدلاً من ذلك ، يُفترض أن المادة المظلمة تتكون من نوع من الجسيمات دون الذرية غير المعروفة التي تتفاعل مع المادة الطبيعية فقط من خلال الجاذبية ، أضعف القوى الأساسية - والبعض الآخر قوى كهرومغناطيسية وقوية وضعيفة.
تنص نظرية أخرى مقبولة على نطاق واسع على أن المادة المظلمة تتحرك ببطء مقارنة بأنواع أخرى من الجسيمات ، وبالتالي فهي عرضة للتكتل. وفقًا لهذه الفكرة ، يجب أن يحتوي الكون على مجموعة واسعة من تركيزات المادة المظلمة ، تتراوح من الصغيرة إلى الكبيرة. ومع ذلك ، حتى الآن ، لم يلاحظ أي تركيزات صغيرة.
باستخدام البيانات التي تم الحصول عليها بواسطة كاميرا هابل واسعة المجال 3 (WFC3) ، سعى فريق البحث للعثور على أدلة على هذه الكتل الصغيرة عن طريق قياس الضوء من النوى الساطعة لثماني مجرات بعيدة (تعرف أيضًا بالكوازارات) لمعرفة كيف تتأثر أثناء انتقالها عبر الفضاء. تُعرف هذه التقنية ، التي يستخدمها الفلكيون عادةً لدراسة المجرات البعيدة ، وعناقيد النجوم ، وحتى الكواكب الخارجية ، باسم عدسة الجاذبية.
تنبأت في الأصل نظرية آينشتاين للنسبية العامة ، تعتمد هذه التقنية على قوة الجاذبية للأجسام الكونية الكبيرة لتشويه وتضخيم الضوء من الأجسام البعيدة. دانييل جيلمان من جامعة كاليفورنيا ، الذي كان عضوًا في فريق المراقبة ، شرح العملية على هذا النحو:
تخيل أن كل واحدة من هذه المجرات الثماني عبارة عن عدسة مكبرة عملاقة. تعمل كتل المادة المظلمة الصغيرة بمثابة شقوق صغيرة على العدسة المكبرة ، مما يغير سطوع وموضع صور الكوازار الأربعة مقارنة بما تتوقع أن ترى ما إذا كان الزجاج سلسًا ".
كما تأمل ، هابل أظهرت الصور أن الضوء القادم من هذه النجوم الزائفة الثمانية كان خاضعًا لتأثير العدسة المتسق مع وجود كتل صغيرة على طول خط رؤية التلسكوب وفي وحول مجرات العدسة الأمامية. تمت محاذاة الثماني الكوازارات والمجرات بدقة بحيث أنتج تأثير الالتواء أربع صور مشوهة لكل كوازار.
باستخدام برامج الحوسبة المعقدة وتقنيات إعادة البناء المكثفة ، قام الفريق بعد ذلك بمقارنة مستوى التشويه مع التنبؤات بكيفية ظهور الكوازارات بدون تأثير المادة المظلمة. تم استخدام هذه القياسات أيضًا لحساب كتل تركيزات المادة المظلمة ، والتي أشارت إلى أنها كانت 1 / 10،000 إلى 1 / 100،000 مرة من كتلة هالة المادة الداكنة الخاصة بدرب التبانة.
بالإضافة إلى كونها المرة الأولى التي يتم فيها ملاحظة تركيزات صغيرة ، تؤكد نتائج الفريق أحد التوقعات الأساسية لنظرية "المادة المظلمة الباردة". تفترض هذه النظرية أنه نظرًا لأن المادة المظلمة بطيئة الحركة (أو "باردة") ، فهي قادرة على تشكيل هياكل تتراوح من تركيزات صغيرة إلى تركيزات هائلة والتي تكون عدة أضعاف كتلة درب التبانة.
تنص هذه النظرية أيضًا على أن جميع المجرات في الكون تكونت في غيوم المادة المظلمة المعروفة باسم "الهالات" وأصبحت جزءا لا يتجزأ منها. بدلاً من الأدلة على التكتلات الصغيرة ، اقترح بعض الباحثين أن المادة المظلمة قد تكون في الواقع "دافئة" - أي سريعة الحركة - وبالتالي سريعة جدًا في تكوين تركيزات أصغر.
ومع ذلك ، فإن الملاحظات الجديدة تقدم دليلاً قاطعًا على أن نظرية المادة المظلمة الباردة والنموذج الكوني الذي تدعمه - نموذج لامدا الباردة المادة المظلمة (؟ CDM) - صحيحة. وأوضح عضو الفريق البروفيسور توماسو تريو من جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس (UCLA) ، هذه الأخيرة هابل تسفر الملاحظات عن رؤى جديدة لطبيعة المادة المظلمة وكيف تتصرف.
وقال: "لقد قمنا باختبار ملاحظة مقنع للغاية لنموذج المادة المظلمة الباردة ويمر بألوان متطايرة". "إنه أمر لا يصدق أنه بعد ما يقرب من 30 عامًا من التشغيل ، يتيح هابل مناظر متطورة للفيزياء الأساسية وطبيعة الكون التي لم نحلم بها حتى عند إطلاق التلسكوب."
آنا نيرينبيرج ، باحثة في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا التي قادت هابل مسح ، وأوضح كذلك:
أثبت البحث عن تركيزات المادة المظلمة الخالية من النجوم تحديًا. ومع ذلك ، استخدم فريق أبحاث هابل تقنية لم يحتاجوا فيها للبحث عن تأثير الجاذبية للنجوم كمتتبعات للمادة المظلمة. استهدف الفريق ثمانية "أضواء الشوارع" الكونية القوية والبعيدة ، تسمى الكوازارات (مناطق حول الثقوب السوداء النشطة التي تنبعث منها كميات هائلة من الضوء). قام الفلكيون بقياس كيف ان الضوء المنبعث من الأكسجين وغاز النيون يدور حول كل الثقوب السوداء للكوازارات يشوهه جاذبية المجرة الأمامية الضخمة ، والتي تعمل بمثابة عدسة مكبرة.
يوفر عدد الهياكل الصغيرة المكتشفة في الدراسة المزيد من الأدلة حول طبيعة جسيمات المادة المظلمة لأن خصائصها ستؤثر على عدد الكتل. ومع ذلك ، فإن نوع الجسيمات التي تتكون منها المادة المظلمة يبقى لغزا في الوقت الحاضر. ولحسن الحظ ، من المتوقع أن يساعد نشر التلسكوبات الفضائية من الجيل التالي في المستقبل القريب في هذا الصدد.
وتشمل هذه تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) وتلسكوب المسح الميداني بالأشعة تحت الحمراء الواسعة (WFIRST) ، وكلاهما مراصد للأشعة تحت الحمراء من المقرر أن ترتفع هذا العقد. بفضل البصريات المتطورة ، وأجهزة قياس الطيف ، ومجال الرؤية الكبير ، والدقة العالية ، ستتمكن هذه المقاريب من مراقبة مناطق كاملة من الفضاء تتأثر بالمجرات الضخمة وعناقيد المجرات وهالاتها.
يجب أن يساعد هذا علماء الفلك على تحديد الطبيعة الحقيقية للمادة المظلمة وكيف تبدو جسيماتها المكونة. في الوقت نفسه ، يخطط الفلكيون لاستخدام هذه الأدوات نفسها لمعرفة المزيد عن الطاقة المظلمة ، وهو لغز كوني عظيم آخر لا يمكن دراسته إلا بشكل غير مباشر في الوقت الحالي. أوقات مثيرة تنتظرنا!
