أفكار

 

أكبر 11 سؤالا لم تتم الإجابة عليها حول المادة المظلمة

By Adam Mann

 published November 26, 2018

ترجمة واعداد : صالح حبيب

(Image credit: Shutterstock)

في  ثلاثينات القرن الماضي ، لاحظ عالم فلك سويسري يدعى فريتز زويكي أن المجرات في احد العناقيد المجرية البعيدة, كانت تدور حول بعضها البعض بشكل أسرع بكثير مما كان ينبغي نسبة الى كمية الكتلة المرصودة لها. فاقترح أن تكون هناك مادة غير مرئية، أطلق عليها اسم المادة المظلمة، هي التي تسبب هذا الجذب المضاف بين تلك المجرات.

ومنذ ذلك الحين، أكد الباحثون أنه يمكن العثور على هذه المادة الغامضة في جميع أنحاء الكون، وأنها أكثر وفرة بست مرات من المادة العادية التي تشكل الأشياء العادية مثل النجوم والناس. ولكن على الرغم من رؤية تلك المادة التي اطلقوا عليها مصطلح "المادة المظلمة" في جميع أنحاء الكون ، فلا يزال العلماء في الغالب يحكّون رؤوسهم في مواجهتها. وفيما يلي أكبر 11 سؤالا لم تتم الإجابة عليها حول المادة المظلمة.

ماهي المادة المظلمة؟

(Image credit: Shutterstock)

 أولا وربما هو الأمرالأكثر إثارة للحيرة ، لا يزال الباحثون غير متأكدين من ماهية المادة المظلمة بالضبط.

في الأصل ، خمن بعض العلماء أن الكتلة المفقودة في الكون كانت تتكون من نجوم باهتة صغيرة وثقوب سوداء ، على الرغم من أن الملاحظات التفصيلية لم تظهر ما يكفي من هذه الأجسام تقريبا لتفسير تأثير المادة المظلمة ، كما كتب الفيزيائي دون لينكولن من فيرميلاب من وزارة الطاقة الأمريكية سابقا ل Live Science .

المنافس الرئيسي الحالي لعباءة المادة المظلمة هو جسيم افتراضي يسمى الجسيم الضخم ضعيف التفاعل ،

Weakly Interacting Massive Particle أو WIMP ، والذي سيتصرف نوعا ما مثل النيوترون باستثناء أنه سيكون أثقل بين 10 و 100 مرة من البروتون ، كما كتب لينكولن. ومع ذلك ، فإن هذا التخمين لم يؤد إلا إلى المزيد من الأسئلة - على سبيل المثال ...

 هل يمكننا اكتشاف المادة المظلمة؟

(مصدر الصورة: وكالة أنباء الصين الجديدة (شينخوا/غيتي)

 

إذا كانت المادة المظلمة مصنوعة من WIMPs ، فيجب في هذه الحالة أن تكون في كل مكان حولنا ، غير مرئية وبالكاد يمكن اكتشافها. فلماذا لم نعثر على أي شيء حتى الآن؟ في حين أنها لن تتفاعل مع المادة العادية كثيرا، إلا أن هناك دائما فرصة ضئيلة لأن يصطدم جسيم المادة المظلمة بجسيم عادي مثل البروتون أو الإلكترون أثناء انتقاله عبر الفضاء. لذلك، قام الباحثون ببناء تجربة تلو الأخرى لدراسة أعداد هائلة من الجسيمات العادية في أعماق الأرض، حيث تكون محمية من التداخل الاشعاعي الذي يمكن أن يحاكي تصادم جسيمات المادة المظلمة.

فما المشكلة اذن؟

 بعد عقود من البحث ، لم يقم أي من هذه الكواشف باكتشاف موثوق. في وقت سابق من هذا العام ، اعلنت تجربة PandaX الصينية عن آخر النتائج التي حصلت عليها [أنها لم تستطع ايجاد جسيم WIMP. ويبدو على الارجح أن جزيئات المادة المظلمة أصغر بكثير من جسيمات WIMPs المفترضة ، أو انها تفتقر إلى الخصائص التي من شأنها أن تجعلها سهلة الدراسة،وفقا لما صرح به الفيزيائي هاي بو يو من جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد ، ل Live Science في ذلك الوقت.

 

PLAY SOUND

هل تتكون المادة المظلمة من أكثر من جسيم واحد؟

(Image credit: Maria Starovoytova/Shutterstock)

(مصدر الصورة: ماريا ستاروفويتوفا/شترستوك) 

تتكون المادة العادية من جسيمات يومية مثل البروتونات والإلكترونات ، بالإضافة إلى حديقة كاملة من جزيئات أكثر غرابة مثل النيوترينوهات والميونات والبويونات. لذلك، فتساؤل بعض الباحثين عما إذا كانت المادة المظلمة، التي تشكل 85 في المئة من المادة في الكون، بأنها قد تكون معقدة بنفس القدر. وهنا قال الفيزيائي أندريه كاتز من جامعة هارفارد Space.com ، الموقع الشقيق ل Live Science.:

"لا يوجد سبب وجيه لافتراض أن كل المادة المظلمة في الكون مبنية من نوع واحد من الجسيمات" ، وأضاف كاتز إن البروتونات المظلمة يمكن أن تتحد مع الإلكترونات المظلمة لتشكيل ذرات مظلمة، مما ينتج تكوينات متنوعة ومثيرة للاهتمام مثل تلك الموجودة في العالم المرئي. في حين أن مثل هذه المقترحات قد تم تخيلها بشكل متزايد في مختبرات الفيزياء ، فإن اكتشاف طريقة لتأكيدها أو نفيها قد استعصى على العلماء حتى الآن.

 

هل قوى الظلام موجودة فعلا؟

(Image credit: Shutterstock)

(مصدر الصورة: شترستوك)

 اضافة لوجود جزيئات من المادة المظلمة ، فهناك احتمال أن تواجه المادة المظلمة قوى مماثلة لتلك التي تشعر بها المادة العادية. فقد بحث بعض الباحثين عن "الفوتونات المظلمة" (ضوء مظلم) ، والتي ستكون مثل الفوتونات المتبادلة بين الجسيمات العادية التي تؤدي إلى انبثاق القوى الكهرومغناطيسية ، باستثناء أنها لن تشعر بها إلا بواسطة جزيئات المادة المظلمة.

يستعد علماء الفيزياء في إيطاليا الى صدم حزمة من الإلكترونات وجسيماتها المضادة، والمعروفة باسم البوزيترونات ، بماسة ، كما ذكرت Live Science سابقا. فإذا كانت الفوتونات المظلمة موجودة، فإن أزواج الإلكترونات والبوزيترون يمكن أن تبيد وتنتج واحدة من الجسيمات الغريبة الحاملة للقوة، مما قد يفتح قطاعا جديدا تماما من الكون.

 

هل يمكن أن تكون المادة المظلمة مصنوعة من الاكسيونات؟

(Image credit: Marcel Clemens/Shutterstock)

 

(مصدر الصورة: مارسيل كليمنس / شترستوك)

مع وقوع الفيزيائيين بشكل متزايد في حب WIMPs ، بدأت جزيئات المادة المظلمة الأخرى في اكتساب التأييد. أحد البدائل الرئيسية هو جسيم افتراضي يعرف باسم الأكسيون، والذي سيكون خفيفا للغاية، ربما اخف من كتلة البروتون بمقدار 10 مرفوعة إلى القوة 31 (اي 10 امامها 31 صفر مرة) .

يتم حاليا البحث عن الأكسيونات في بضعة تجارب. وقد أثارت عمليات المحاكاة الحاسوبية الأخيرة احتمال أن تشكل هذه الأكسيونات أجساما شبيهة بالنجوم، والتي قد تنتج إشعاعا يمكن اكتشافه يشبه إلى حد كبير الظواهر الغامضة المعروفة باسم انفجارات الاشعاعات الراديوية السريعة، كما ذكرت لايف ساينس سابقا.

 

ما هي خصائص المادة المظلمة؟

(Image credit: NASA)

(مصدر الصورة: ناسا)

اكتشف علماء الفلك المادة المظلمة من خلال تفاعلاتها التجاذبية مع المادة العادية، مما يشير إلى أن هذه هي الطريقة الرئيسية لجعل وجودها معروفا في الكون. ولكن عند محاولة فهم الطبيعة الحقيقية للمادة المظلمة، لم يكن لدى الباحثين سوى القليل بشكل ملحوظ للمضي قدما. فوفقا لبعض النظريات، يجب أن تكون لجسيمات المادة المظلمة جسيمات مضادة خاصة بها، مما يعني أن جزيئين من المادة المظلمة سوف يفنيان بعضهما البعض عندما يلتقيان.

تبحث تجربة مقياس الطيف المغناطيسي ألفا (AMS) على محطة الفضاء الدولية عن العلامات المنبهة لهذا الفناء منذ عام 2011  وبالفعل تم اكتشاف مئات الآلاف من الأحداث. ومع ذلك لا يزال العلماء غير متأكدين مما إذا كانت هذه تأتي من المادة المظلمة ام لا، ولم تساعدهم الإشارة بعد في تحديد ماهية المادة المظلمة بالضبط.

 

 

 

هل توجد المادة المظلمة في كل مجرة ؟

(Image credit: Shutterstock)

 

(مصدر الصورة: شترستوك)

نظرا لأنها تفوق المادة العادية بشكل كبير، فغالبا ما يقال إن المادة المظلمة هي القوة المسيطرة التي تنظم الهياكل الكبيرة مثل المجرات والعناقيد المجرية.

لذلك ، كان من الغريب عندما أعلن علماء الفلك، في وقت سابق من هذا العام ، أنهم عثروا على مجرة تسمى NGC 1052-DF2 يبدو أنها بالكاد تحتوي على أي مادة مظلمة على الإطلاق. "يبدو أن المادة المظلمة ليست شرطا لتشكيل مجرة" ، قال بيتر فان دوكوم من جامعة ييل Space.com في ذلك الوقت.

ومع ذلك، خلال فصل الصيف، نشر فريق منفصل تحليلا يشير إلى أن فريق فان دوكوم قد أخطأ في قياس المسافة إلى المجرة، مما يعني أن مادتها المرئية كانت باهتة وأخف وزنا بكثير من النتائج الأولى، وأن كتلتها كانت في المادة المظلمة أكثر كما  كان مقترحا سابقا.

 

ما الذي يحدث مع نتائج DAMA / LIBRA؟

(Image credit: Pigi Cipelli/Getty)

 

(مصدر الصورة: Pigi Cipelli/Getty)

هناك لغز قديم في فيزياء الجسيمات هو النتائج المحيرة لتجربة أوروبية تعرف باسم DAMA / LIBRA. هذا الكاشف - الموجود في منجم تحت الأرض أسفل جبل غران ساسو في إيطاليا - كان يبحث عن تذبذب دوري في جزيئات المادة المظلمة. يجب أن ينشأ هذا التذبذب عندما تتحرك الأرض في مدارها حول الشمس أثناء طيرانها عبر التيار المجري للمادة المظلمة المحيطة بنظامنا الشمسي ، والذي يطلق عليه أحيانا رياح المادة المظلمة. منذ عام 1997 ، ادعت DAMA / LIBRA أنها ترى هذه الإشارة بالضبط ، على الرغم من عدم وجود تجربة أخرى شهدت أي شيء من هذا القبيل.  

 

هل يمكن أن يكون للمادة المظلمة شحنة كهربائية ؟

(Image credit: Shutterstock(

(مصدر الصورة: شترستوك)

إشارة من بداية الزمن دفعت بعض الفيزيائيين إلى ان يفترضوا أن المادة المظلمة قد يكون لها شحنة كهربائية.

فقد انبعث الإشعاع الذي يبلغ طوله الموجي 21 سم من النجوم في مهد الكون ، بعد 180 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم. ثم تم امتصاصه بواسطة الهيدروجين البارد الذي كان موجودا في نفس الوقت. عندما تم اكتشاف هذا الإشعاع في فبراير من هذا العام ، أشارت مواصفاته إلى أن الهيدروجين كان أكثر برودة مما توقعه العلماء. افترض عالم الفيزياء الفلكية جوليان مونيوز من جامعة هارفارد أن المادة المظلمة ذات الشحنة الكهربائية يمكن أن تسحب الحرارة بعيدا عن الهيدروجين المنتشر على نطاق واسع ، مثل مكعبات الثلج العائمة في عصير الليمون ، كما أخبر Live Science في ذلك الوقت. لكن التخمين لم يتأكد بعد.

 

هل يمكن أن تتحلل الجسيمات العادية إلى مادة مظلمة؟

(Image credit: Shutterstock)

(مصدر الصورة: شترستوك)

النيوترونات هي جسيمات مادة عادية ذات عمر محدود. بعد حوالي 14.5 دقيقة، سوف يتحلل نيوترون وحيد غير راسي من الذرة إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو. لكن اثنين من الإعدادات التجريبية المختلفة تعطي عمرا مختلفا قليلا لهذا الاضمحلال ، مع التناقض بينهما حوالي 9 ثوان ، وفقا للتجارب التي تم الاستشهاد بها في دراسة أجريت في يوليو في مجلة Physical Review Letters. في وقت سابق من هذا العام، اقترح الفيزيائيون أنه إذا كانت بعض النيوترونات تتحلل إلى جسيمات المادة المظلمة بنسبة 1٪ من الوقت، فقد يفسر ذلك هذا الشذوذ. قام كريستوفر موريس من مختبر لوس ألاموس الوطني في نيو مكسيكو وفريقه بمراقبة النيوترونات بحثا عن إشارة يمكن أن تكون مادة مظلمة لكنهم لم يتمكنوا من اكتشاف أي شيء. واقترحوا أن سيناريوهات الاضمحلال الأخرى قد لا تزال ممكنة، وفقا للدراسة.

 

المادة المظلمة موجودة بالفعل ؟

(Image credit: NASA)

 

(مصدر الصورة: ناسا)

بالنظر إلى الصعوبات التي واجهها العلماء في محاولة اكتشاف المادة المظلمة وتفسيرها ، فقد يتساءل السائل المنطقي بأنه ربما ان كل شيء يسير بشكل خاطئ. ولسنوات عديدة، دفعت اصوات حفنة من الفيزيائيين بفكرة أن نظرياتنا عن الجاذبية ربما تكون ببساطة غير صحيحة، وأن القوة الأساسية تعمل بشكل مختلف على نطاقات واسعة مما نتوقع. غالبا ما تعرف هذه الاقتراحات باسم "ديناميكيات نيوتن المعدلة" أو نماذج MOND ، وتفترض أنه لا توجد مادة مظلمة وأن السرعات فائقة السرعة التي ينظر فيها إلى النجوم والمجرات تدور حول بعضها البعض هي نتيجة للجاذبية التي تتصرف بطرق مدهشة. "المادة المظلمة لا تزال نموذجا غير مؤكد" ، كتب الفيزيائي دون لينكولن في شرح ل Live Science. ومع ذلك، لم يقنع المنتقدون بعد المجال الأكبر بأفكارهم. وأحدث الأدلة؟ تشير ايضا الى ان المادة المظلمة ... حقيقة..

آدم مان

مساهم في موقع Live Science

آدم مان هو صحفي مستقل يتمتع بأكثر من عقد من الخبرة ، وهو متخصص في مقالات علم الفلك والفيزياء. وهو حاصل على درجة البكالوريوس في الفيزياء الفلكية من جامعة كاليفورنيا في بيركلي. ظهرت أعماله في مجلة نيويوركر ونيويورك تايمز وناشيونال جيوغرافيك ووول ستريت جورنال ووايرد والطبيعة والعلوم والعديد من الأماكن الأخرى. يعيش في أوكلاند ، كاليفورنيا ، حيث يستمتع بركوب دراجته

Translated by Salih Habeeb on October 10 2022

from: The 11 biggest unanswered questions about dark matter | Live Science