نظرة جديدة على “حلقات أينشتاين” حول المجرات البعيدة تجعلنا أقرب إلى حل الجدل حول المادة المظلمة

يعتقد الفيزيائيون أن معظم المادة في الكون تتكون من مادة غير مرئية لا نعرف عنها إلا من خلال تأثيراتها غير المباشرة على النجوم والمجرات التي يمكننا رؤيتها.

نحن لسنا مجانين! بدون هذه “المادة المظلمة” ، لن يكون للكون الذي نراه أي معنى.

لكن طبيعة المادة المظلمة لغز طويل الأمد. لكن، دراسة جديدة نشره ألفريد أمروث وزملاؤه في جامعة هونغ كونغ علم الفلك الطبيعياستخدام منحنى الجاذبية للضوء يقربنا خطوة واحدة من الفهم.

غير مرئي ولكنه موجود في كل مكان

سبب اعتقادنا بوجود المادة المظلمة هو أننا نستطيع رؤية آثار جاذبيتها على سلوك المجرات. على وجه الخصوص ، تشكل المادة المظلمة حوالي 85٪ من كتلة الكون ، ويبدو أن معظم المجرات البعيدة التي يمكننا رؤيتها تبدو محاطة بهالات من مادة غامضة.

لكنها تسمى المادة المظلمة لأنها لا تطلق الضوء أو تمتصه أو تعكسه ، مما يجعل من الصعب للغاية اكتشافها.

إذن ما هذه الأشياء؟ نعتقد أنه يجب أن يكون نوعًا من الجسيمات الأساسية غير المعروفة ، لكننا لسنا متأكدين من تجاوز ذلك. فشلت جميع محاولات اكتشاف جسيمات المادة المظلمة في التجارب المعملية حتى الآن ، وكان الفيزيائيون يناقشون طبيعتها منذ عقود.

اقترح العلماء اثنين من المرشحين الافتراضيين الرئيسيين للمادة المظلمة: أجسام ثقيلة نسبيًا تسمى الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (أو WIMPs) وجزيئات أخف بكثير تسمى المحاور. من الناحية النظرية ، تتصرف WIMPs مثل الجسيمات الفردية ، بينما تتصرف المحاور مثل الموجات بسبب التشابك الكمومي.

من الصعب التمييز بين هذين الاحتمالين ، ولكن الآن قدَّم انحناء الضوء حول المجرات البعيدة دليلًا على ذلك.

عدسة الجاذبية وحلقات أينشتاين

عندما يمر الضوء عبر الكون بجسم ضخم مثل المجرة ، يكون مساره منحنيًا لأن جاذبية الجسم الهائل ، وفقًا لنظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين ، تشوه المكان والزمان المحيطين به.

نتيجة لذلك ، أحيانًا عندما ننظر إلى مجرة ​​بعيدة نرى صورًا مشوهة لمجرات أخرى خلفها. إذا اصطفت الأمور بشكل صحيح ، سينتشر الضوء من الخلفية من المجرة في دائرة حول أقرب مجرة.

يسمى هذا التشويه للضوء “عدسات الجاذبية” والدوائر التي يمكن أن تخلقها تسمى “حلقات أينشتاين”.

من خلال دراسة كيفية تشويه الحلقات أو صور العدسة الأخرى ، يمكن لعلماء الفلك التعرف على خصائص هالة المادة المظلمة المحيطة بمجرة قريبة.

الأكسيونات مقابل WIMPs

هذا ما فعله أمروت وفريقه في دراستهم الجديدة. بالتركيز على تركيز معين يسمى HS 0810 + 2554 ، نظروا في العديد من الأنظمة حيث يمكن رؤية نسخ متعددة من نفس كائن الخلفية حول مجرة ​​العدسة الأمامية.

باستخدام نمذجة مفصلة ، اكتشفوا كيف يمكن للأشكال أن تتشوه إذا تم تشكيل المادة المظلمة بواسطة WIMPs. في المقابل ، تتكون المادة المظلمة من محاور عصبية. لم يكن نموذج WIMP يشبه النموذج الحقيقي ، لكن نموذج الطباعة أعاد إنتاج جميع جوانب النظام بدقة.

تشير النتيجة إلى أن المحاور هي المرشح الأكثر ترجيحًا للمادة المظلمة ، وقد أثارت قدرتها على تفسير شذوذ العدسة وغيرها من الملاحظات الفيزيائية الفلكية إثارة إعجاب العلماء.

الجسيمات والمجرات

يعتمد البحث الجديد على دراسات سابقة أشارت إلى أن المحاور هي شكل أعلى من المادة المظلمة. على سبيل المثال، دراسة نظر إلى تأثيرات المادة المظلمة أثناء عملها في الخلفية الكونية الميكروية واحدة أخرى درس سلوك المادة المظلمة في المجرات القزمة.

في حين أن هذا البحث لم ينهِ الجدل العلمي حول طبيعة المادة المظلمة ، إلا أنه يفتح آفاقًا جديدة للاختبار والتجريب. على سبيل المثال ، يمكن استخدام ملاحظات عدسة الجاذبية المستقبلية لاستكشاف الطبيعة الشبيهة بالموجات للمحاور وقياس كتلتها.

سيكون للفهم الأفضل للمادة المظلمة آثار على فيزياء الجسيمات وما نعرفه عن الكون المبكر. سيساعدنا أيضًا على فهم أفضل لكيفية تشكل المجرات وتغيرها بمرور الوقت.