في ثلاثينيات القرن العشرين ، لاحظ عالم فلك سويسري يدعى فريتز زويكي أن المجرات الموجودة في كتلة بعيدة تدور حول بعضها البعض بشكل أسرع بكثير مما كان ينبغي أن تقدمة الكتلة المرئية لديهم ، واقترح وجود مادة غير مرئية ، والتي سماها المادة المظلمة ، والتي تبدي الجاذبية على هذه المجرات .
منذ ذلك الحين ، أكد الباحثون أن هذه المادة الغامضة يمكن العثور عليها في جميع أنحاء الكون ، وأنها أكثر بستة أضعاف من المادة الطبيعية التي تشكل أشياء عادية مثل النجوم والناس ، ومع ذلك ، على الرغم من رؤية المادة المظلمة في جميع أنحاء الكون ، لا يزال العلماء لديهم بعض الأسئلة التي لم يجدوا لها إجابة حول المادة المظلمة .
ما هي المادة المظلمة
أولاً، وربما الأكثر إثارة للجدل، أن الباحثين لا يزالون غير متأكدين من طبيعة المادة المظلمة بالضبط. في الأصل، اعتقد بعض العلماء أن الكتلة المفقودة في الكون كانت مكونة من نجوم صغيرة وثقوب سوداء باهتة، ولذلك بدأت بعض التساؤلات حول المادة المظلمة وطبيعتها .
هل يمكننا اكتشاف المادة المظلمة
إذا كانت المادة المظلمة مصنوعة من جسيمات ضعيفة التفاعل (WIMPs)، يجب أن تكون محيطة بنا بشكل غير مرئي وغير قابل للاكتشاف، فلماذا لم نكتشفها حتى الآن؟ على الرغم من أنها لا تتفاعل بشكل كبير مع المادة العادية، إلا أن هناك احتمالية بسيطة أن جسيم المادة المظلمة يمكن أن يتصادم مع جسيم عادي مثل البروتون أو الإلكترون أثناء سفره في الفضاء. لذلك، قام الباحثون بتصميم تجارب متعددة لدراسة كميات ضخمة من الجسيمات العادية في عمق الأرض، حيث يتم حمايتها من التأثيرات الضارة للإشعاعات التي قد تحاكي جسيم المادة المظلمة .
هل تتكون المادة المظلمة من أكثر من جسيم واحد
تتكون المادة العادية من الجزيئات المألوفة في الحياة اليومية مثل البروتونات والإلكترونات، بالإضافة إلى مجموعة كاملة من الجزيئات الغريبة مثل النيوتريونات والميونات والبايونات. وبالتالي، يشكل الباحثون تساؤلا حول مدى تعقيد المادة المظلمة التي تشكل 85 في المائة من المادة في الكون، وأشار الفيزيائي أندريه كاتز من جامعة هارفارد إلى أنه ليس هناك سبب مقنع للافتراض أن المادة المظلمة تتكون من نوع واحد من الجسيمات. وأوضح كاتز أن البروتونات المظلمة يمكن أن تتحد مع الإلكترونات المظلمة لتشكيل ذرات مظلمة، وهذا يؤدي إلى تشكيل تراكيب متنوعة ومثيرة للاهتمام مثل تلك الموجودة في العالم المرئي. وعلى الرغم من أن هذه الاقتراحات قد تم تصورها بشكل متزايد في مختبرات الفيزياء، إلا أن العلماء لم يتوصلوا بعد إلى اكتشاف طريقة لتأكيد هذه الاقتراحات أو نفيها .
هل توجد قوى مظلمة
جنبا إلى جنب مع الجزيئات الإضافية من المادة المظلمة ، هناك احتمال أن تجارب المادة المظلمة تشبه تلك التي تحدث في المادة العادية ، ولقد بحث بعض الباحثين عن ” فوتونات مظلمة ” ، والتي ستكون مثل الفوتونات المتبادلة بين الجزيئات الطبيعية التي تؤدي إلى القوة الكهرومغناطيسية ، إلا أنها لن تشعر بها إلا جسيمات المادة المظلمة ، ويستعد الفيزيائيون في إيطاليا لتحطيم شعاع من الإلكترونات وجسيماتهم المضادة ، المعروفة باسم البوزيترونات ، في الماس ، كما ذكرت Live Science سابقًا ، وإذا كانت الفوتونات المظلمة موجودة ، فإن أزواج الإلكترون-بوزيترون يمكن أن تقضي وتنتج واحدة من الجزيئات الغريبة التي تحمل القوة ، مما قد يفتح قطاعًا جديدًا في الكون .
يمكن أن تكون المادة المظلمة مصنوعة من الأكسيونات axions
مع تزايد اهتمام علماء الفيزياء بالبحث حول WIMPs ، بدأت جزيئات المادة المظلمة الأخرى تحظى بالاهتمام ، ويعد أحد البدائل الرائدة هو الجسيم الافتراضي الذي يُعرف باسم المحور ، والذي سيكون خفيفًا جدًا ، ويتم الآن البحث عن محاور في عدد قليل من التجارب ، وأثارت عمليات المحاكاة الأخيرة للكمبيوتر إمكانية أن تشكل هذه المحاور كائنات تشبه النجوم ، والتي قد تنتج إشعاعات قابلة للاكتشاف تشبه إلى حد بعيد الظواهر الغامضة المعروفة باسم رشقات الراديو السريعة ، كما ذكرت Live Science سابقًا .
ما هي خصائص المادة المظلمة
اكتشف علماء الفلك المادة المظلمة من خلال تأثيرات الجاذبية على المادة العادية، وهذا يشير إلى أن هذه هي الطريقة الرئيسية التي تجعل وجودها معروفا في الكون. ولكن عندما يتعلق الأمر بفهم الطبيعة الحقيقية للمادة المظلمة، فإن الباحثين لديهم قليل جدا ليستندوا إليه. ووفقا لبعض النظريات، يجب أن تكون جسيمات المادة المظلمة جسيماتها المضادة الخاصة، وهذا يعني أن جزيئين من المادة المظلمة سيتدمران عندما يتلاقيا. وتجربة مطياف الجسيمات المغناطيسي (AMS) على محطة الفضاء الدولية تبحث عن علامات هذا التدمير منذ عام 2011، وقد اكتشفت بالفعل مئات الآلاف من الحالات .
هل توجد مادة مظلمة في كل مجرة
نظرا لأن المادة المظلمة تفوق المادة العادية بشكل كبير، فغالبا ما يقال إن المادة المظلمة هي القوة المسيطرة التي تنظم هياكلا كبيرة مثل المجرات. ولذلك، كان من الغريب عندما أعلن علماء الفلك في وقت سابق من هذا العام أنهم عثروا على مجرة اسمها NGC 1052-DF2 تبدو أنها لا تحتوي على أي مادة مظلمة على الإطلاق. وقال بيتر فان دوكوم من جامعة ييل لموقع Space.com في ذلك الوقت: “المادة المظلمة ليست على ما يبدو شرطا لتشكيل مجرة .
ما هي نتائج DAMA / LIBRA
الغموض الطويل الأمد 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 يبحث عن تذبذب دوري في جزيئات المادة المظلمة ، ويجب أن ينشأ هذا التذبذب أثناء تحرك الأرض في مدارها حول الشمس أثناء تحليقها في مجرى المادة المظلمة المحيطة بنظامنا الشمسي ، والذي يطلق عليه أحيانًا ريح المادة المظلمة ، منذ عام 1997 ، ادعت DAMA / LIBRA أنها ترى هذه الإشارة بالضبط ، على الرغم من عدم وجود تجربة أخرى قد شهدت شيئًا كهذا .
هل يمكن أن يكون للمادة المظلمة شحنة كهربائية
يعتقد من قبل بعض الفيزيائيين أن المادة المظلمة قد تحتوي على شحنة كهربائية، وقد افترض العالم الفلكي جوليان مونيوز من جامعة هارفارد أن المادة المظلمة تحمل شحنة كهربائية وقد تسحب الحرارة بعيدا عن الهيدروجين الشامل، مثلما يطفو مكعبات الثلج في عصير الليمون، حسب ما أفادت به مجلة لايف ساينس في ذلك الوقت، ولكن هذا التخمين لم يتم تأكيده بعد .
يمكن أن تتحلل الجزيئات العادية في المادة المظلمة
النيوترونات هي جزيئات المادة العادية ذات العمر المحدود ، وبعد حوالي 14.5 دقيقة ، يتحلل نيوترون وحيد غير مأخوذ من الذرة إلى بروتون ، وإلكترون ، ونيوترينو ، إلا أن الباحثين يمنحون عمرًا مختلفًا قليلاً لهذا التحلل ، مع اختلاف بينهما حوالي 9 ثوان ، ووفقًا للتجارب التي تم الاستشهاد بها في دراسة أجريت في يوليو / تموز في مجلة Physical Review Letters ، في وقت سابق من هذا العام ، اقترح علماء الفيزياء أنه إذا كان 1 في المئة من الوقت ، فإن بعض النيوترونات تتحلل إلى جزيئات المادة المظلمة ، يمكن أن يكون السبب في هذا الوضع الشاذ .
هل المادة المظلمة موجودة بالفعل
بالنظر إلى الصعوبات التي واجهها العلماء في محاولة الكشف عن المادة المظلمة وشرحها ، فقد يتساءل البعض عما إذا كان الأمر كله خطأ ، لسنوات عديدة ، دفعت أقلية صوتية من علماء الفيزياء إلى فكرة أن نظرياتنا في الجاذبية غير صحيحة ببساطة ، وأن القوة الأساسية تعمل بشكل مختلف على نطاقات كبيرة عما نتوقعه ، وتفترض هذه الاقتراحات ، التي تُعرف في كثير من الأحيان باسم ” ديناميكيات نيوتن المعدلة ” أو نماذج MOND ، أنه لا توجد مادة مظلمة ، وأن السرعات الفائقة السرعة التي تدور حولها النجوم والمجرات تدور حول بعضها البعض هي نتيجة تصرف الجاذبية بطرق مفاجئة ، وكتب الفيزيائي دون لينكولن في شرح لـ “ساين ساينس” : ” المادة المظلمة لا تزال نموذجًا غير مؤكد ” .