حقوق الصورة: Berkeley
المادة المظلمة هي هالة غير مرئية من المواد التي يبدو أنها تحيط بكل مجرة. حتى الآن ، اعتقد الفلكيون أن المادة المظلمة ربما شكلت ضبابًا متساوًا للجسيمات في الفضاء ، لكن باحثين من جامعة كاليفورنيا في بيركلي ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا قد ابتكروا محاكاة كمبيوتر لكيفية تجمع المادة المظلمة معًا في أجزاء أكبر من المواد.
يقول أحد علماء الفيزياء الفلكية بجامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، إن "المادة المظلمة" التي تتكون من ربع الكون الذي لم يتم اكتشافه بعد ، ليست ضبابًا كونيًا موحدًا ، ولكنها بدلاً من ذلك تشكل كتلًا كثيفة تتحرك مثل حركات الغبار التي ترقص في عمود من ضوء.
في ورقة قدمت هذا الأسبوع إلى مجلة Physical Review D ، أثبت كل من Chung-Pei Ma ، الأستاذ المساعد في علم الفلك في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، وإدموند بيرتشنغر من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) ، أن حركة كتل المواد المظلمة يمكن نمذجتها في بطريقة مشابهة للحركة البراونية للغبار أو حبوب اللقاح المحمولة في الهواء.
وقال ما إن النتائج التي توصلوا إليها يجب أن تزود علماء الفيزياء الفلكية بطريقة جديدة لحساب تطور هذا الكون الشبح للمادة المظلمة والتوفيق بينه وبين الكون المرئي.
كانت المادة المظلمة مشكلة مزعجة لعلم الفلك لأكثر من 30 عامًا. تتحرك النجوم داخل المجرات والمجرات داخل العناقيد بطريقة تشير إلى وجود مادة أكثر مما يمكننا رؤيته. يبدو أن هذه المادة غير المرئية في هالة كروية تمتد على الأرجح 10 مرات أبعد من الهالة النجمية المرئية حول المجرات. لم تنجح الاقتراحات المبكرة بأن المادة غير المرئية تتكون من نجوم محترقة أو نيوتريونات ثقيلة ، والمرشحون المفضلون الحاليون هم جزيئات غريبة تسمى على نحو مختلف النيوتريلينو ، والمحاور أو الجسيمات الفائقة الأخرى غير المتماثلة. لأن هذه الجسيمات الغريبة تتفاعل مع المادة العادية من خلال الجاذبية فقط ، وليس عبر الموجات الكهرومغناطيسية ، فإنها لا تصدر أي ضوء.
قال ما "نحن نرى فقط نصف جميع الجسيمات". "إنهم أثقل من أن ينتجوا الآن في المسرعات ، لذلك نصف العالم لا نعرف عنه."
أصبحت الصورة أسوأ منذ أربع سنوات فقط عندما وجد أن "الطاقة المظلمة" أكثر انتشارًا من المادة المظلمة. الحساب الكوني يربط الآن الطاقة المظلمة بنحو 69 في المائة من الكون ، والمادة المظلمة الغريبة بنسبة 27 في المائة ، والمادة المظلمة الدنيوية - النجوم الخافتة وغير المرئية - بنسبة 3 في المائة ، وما نراه في الواقع بنسبة 1 في المائة فقط.
استنادًا إلى نماذج الكمبيوتر لكيفية تحرك المادة المظلمة تحت قوة الجاذبية ، قال ما إن المادة المظلمة ليست ضبابًا موحدًا يلف مجموعات المجرات. بدلاً من ذلك ، تشكل المادة المظلمة كتلًا أصغر تبدو بشكل سطحي مثل المجرات والعناقيد الكروية التي نراها في عالمنا المضيء. وقالت إن المادة المظلمة لها حياة ديناميكية مستقلة عن المادة المضيئة.
وقالت: "تُظهر الخلفية الكونية الميكروية الآثار المبكرة لتكتل المادة المظلمة ، وتنمو هذه التكتلات تحت جاذبية الجاذبية". “لكن كل من هذه الكتل ، الهالة حول مجموعات المجرات ، كان يعتقد أنها سلسة. كان الناس مفتونين عندما وجدوا أن المحاكاة عالية الدقة تُظهر أنها ليست سلسة ، ولكن بدلاً من ذلك لديها هياكل فرعية معقدة. العالم المظلم له حياة ديناميكية خاصة به. "
قام ما وبيرتشنغر وطالب الدراسات العليا في جامعة كاليفورنيا في بيركلي مايكل بويلان كولتشين ببعض هذه المحاكاة بأنفسهم. كما أظهرت عدة مجموعات أخرى على مدى العامين الماضيين تكتلات مماثلة.
وقالت إن كون الأشباح للمادة المظلمة هو قالب للكون المرئي. المادة المظلمة أكثر وفرة 25 مرة من المادة المرئية فقط ، لذلك يجب أن تتجمع المادة المرئية في أي مكان عناقيد المادة المظلمة.
وقال ما هنا تكمن المشكلة. تتنبأ المحاكاة الحاسوبية لتطور المادة المظلمة بمزيد من كتل المادة المظلمة في المنطقة أكثر من كتل المادة المضيئة التي يمكننا رؤيتها. إذا كانت المادة المضيئة تتبع المادة المظلمة ، فيجب أن تكون هناك أرقام متساوية تقريبًا لكل منها.
وقالت: "مجرتنا ، درب التبانة ، لديها حوالي عشرة أقمار اصطناعية ، ولكن في المحاكاة نرى آلاف الأقمار الصناعية من المادة المظلمة". "إن المادة المظلمة في درب التبانة هي بيئة ديناميكية وحيوية يتدفق فيها آلاف الأقمار الصناعية الصغيرة من كتل المادة المظلمة حول هالة كبيرة من المادة المظلمة ، وتتفاعل باستمرار وتزعج بعضها البعض."
بالإضافة إلى ذلك ، حير علماء الفيزياء الفلكية الذين قاموا بنمذجة حركة المادة المظلمة لمعرفة أن كل كتلة لها كثافة بلغت ذروتها في المركز وسقطت نحو الحواف بنفس الطريقة تمامًا ، بغض النظر عن حجمها. ومع ذلك ، يبدو أن ملف الكثافة العالمية هذا يتعارض مع ملاحظات بعض المجرات القزمة التي أدلى بها زميل ما ، وأستاذ علم الفلك بجامعة كاليفورنيا بيركلي ليو بليتز ، ومجموعته البحثية ، من بين آخرين.
يأمل ما أن طريقة جديدة للنظر في حركة المادة المظلمة ستحل هذه المشاكل ونظرية التربيع مع الملاحظة. في مقالها في مجلة المراجعة الفيزيائية ، التي نوقشت في اجتماع في وقت سابق من هذا العام للجمعية الفيزيائية الأمريكية ، أثبتت أن حركة المادة المظلمة يمكن أن تكون على غرار الحركة البراونية التي وصفها عالم النبات روبرت براون في عام 1828 وشرح ألبرت أينشتاين في عام 1905 ورقة ساعدت في كسبه جائزة نوبل في الفيزياء عام 1921.
تم وصف الحركة البراونية لأول مرة على أنها مسار متعرج تسافر به حبة حبوب اللقاح تطفو في الماء ، تدفعها جزيئات الماء التي تتصادم معها. وقال ما إن هذه الظاهرة تشير بشكل متساو إلى حركة الغبار في الهواء وكتل كثيفة من المادة المظلمة في الكون المادة المظلمة.
وقالت إن هذه الرؤية "دعونا نستخدم لغة مختلفة ، وجهة نظر مختلفة عن وجهة النظر القياسية" ، للتحقيق في حركة وتطور المادة المظلمة.
قال ما أن علماء فلك آخرين ، مثل أستاذ الفلك الفخري بجامعة كاليفورنيا بيركلي إيفان كينغ ، استخدموا نظرية الحركة البراونية لنمذجة حركة مئات الآلاف من النجوم داخل مجموعات النجوم ، ولكن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تطبيقه بدقة إلى المقاييس الكونية الكبيرة. الفكرة هي أننا لا نهتم بالضبط بمكان وجود الكتل ، بل بالأحرى كيف تتصرف الكتل إحصائيًا في النظام ، وكيف تتناثر جاذبيتها ".
وأشار ما إلى أن الحركة البراونية للكتل تحكمها معادلة ، معادلة Fokker-Planck ، والتي تستخدم لنمذجة العديد من العمليات العشوائية أو العشوائية ، بما في ذلك سوق الأسهم. يعمل ما والمتعاونون حاليًا على حل هذه المعادلة للمادة المظلمة الكونية.
وقالت: "من المدهش والمبهج أن تطور المادة المظلمة ، وتطور التكتلات ، يتبع معادلة بسيطة عمرها 90 عامًا".
تم دعم العمل من قبل الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء.
المصدر الأصلي: UC Berkeley
