نظريات المادة المظلمة الغريبة. إذا كنت من محبي جميع الأشياء الرائعة في الكون ، فهذا المقال مناسب لك.
معظم محتويات كوننا هي شكل غير معروف تمامًا للفيزياء. هذه مجرد حقيقة أولية سيتعين علينا جميعًا التعود عليها. إذا كنت تميل إلى الاعتقاد أنها مجرد نوع منالكونية مشكلة ، مشكلة تنشأ فقط على أكبر المقاييس ، حسنًا ، لدي أخبار سيئة لك. أحد هذه العناصر الغامضة للكون - بقدر ما يمكننا أن نقول - شكل من أشكال المادة.
ولكن ليس فقط أي شكل من أشكال المادة ، وإلا كنا قد رأيناها الآن. لا ، نعتقد أنه نوع منداكن شيء؛ أمر لا يتفاعل مع الضوء. لا انبعاث. لا يوجد امتصاص. لا تشتت. لا شيئ. وحقيقة وجود المادة المظلمة لا يجب أن تكونذلك من المستغرب ، أليس كذلك؟ بعد كل شيء ، الذي أملى أن كل شيء في الكونيجب تتفاعل مع الضوء؟
لم يفعل أحد ، ونحن هنا. إذا نظرت إلى مجرة عشوائية ، فإن الأشياء التي تضيء - النجوم ، السدم ، إلخ - لا تمثل سوى جزء صغير من إجمالي الكتلة في تلك المجرة. تعتمد النسبة الدقيقة بين المادة "الطبيعية" والأشياء المظلمة على الكثير من العوامل ، مثل تاريخ تكوين المجرة. ولكن بشكل عام ، كلما كانت المجرة أصغر ، كلما سيطرت عليها المادة المظلمة.
أصغر المجرات ، والمعروفة باسم المجرات القزمة ، يمكن أن توفر مختبرًا مفيدًا لدراسة المادة المظلمة. في هذه المجرات ، المادة المظلمة حرة في فعل ما تفعله المادة المظلمة دون أي من تلك المادة المتفاعلة للضوء المزعجة لتعقيد الأشياء حقًا. إذا كانت المادة المظلمة تفعل شيئًا غريبًا (حسنًا ، أغرب من الموجود) ، مثل التفاعل مع نفسها عبر القوة النووية الضعيفة ، أو تكونت من أنواع متعددة من الجسيمات الغريبة ، فإن أي تأثيرات ستجعل نفسها أكثر وضوحًا في مجرة قزمة من شيء مثل درب التبانة.
هذا كله رائع وجيد ، باستثناء التحذير الصغير أنه بينما تحدث كل هذه الفيزياء المثيرة للاهتمام تحت غطاء المحرك ، يصعب علينا رؤيتها. لأنها مظلمة.
شيء واحد من العديد من الأشياء التي لا نفهمها عن المادة المظلمة هو كيف تتصرف في نوى المجرات. تتنبأ المحاكاة البسيطة لتطور المجرة بشيء يسمى "cusp" - وهو صامد صلب بكثافة عالية بشكل لا يصدق يجلس في المركز الكريمي للمجرة. لكن الملاحظات لا تكشف عن ذلك: يجب أن يكون هناك الكثير من النجوم يتبعون تأثير الجاذبية لكل تلك المادة المظلمة. ومن المؤكد أن هناك الكثير من النجوم في مركز المجرة ، ولكن ليسذلك كثير.
يجب أن يخفف شيء ما المادة المظلمة المركزية. يمكن أن تكون تفاعلات غريبة في المادة المظلمة نفسها. يمكن أن تكون أسبابًا أكثر دنيوية مثل رياح المستعر الأعظم التي تنفجر الغاز. يمكن أن يكون كلاهما ، أو لا.
الفلكيون مهتمون جدًا بنوى المجرات ، وخاصة المجرات القزمة ، لأنها هناك يمكن أن تتعلم الكثير عن المادة المظلمة. وعلى الرغم من الفيزياء المعقدة والفوضوية ، ما زلنا بحاجة إلى النجوم والغاز لمراقبة المجرات القزمة والتحقيق فيها ودراستها ، على أمل أن نتمكن من تتبع سلوك المادة المظلمة الأساسية. لكن المجرات القزمة بعيدة وخافتة وصغيرة - بل قلبها أكبر.
كيف يمكننا إلقاء نظرة خاطفة داخلهم؟
لحسن الحظ ، تحتوي المجرات على أكثر من مواطنين ممتازين. لديهم أيضا ثقوب سوداء. العملاقون الفائقون الضخمون في قلوبهم والملايين من الأصغر حجما تطفو داخلهم. وحقيقة أن الثقوب السوداء العملاقة تميل إلى التجمع في نوى المجرات المضيفة لها قد تكون مفيدة. لذا ربما - اعمل معي هنا - إذا تمكنا من دراسة سلوك الثقوب السوداء بطريقة أو بأخرى داخل المجرات القزمة ، فقد نحصل على بعض الأدلة على طبيعة المادة المظلمة.
لكن الثقوب السوداء هي أيضًا سوداء ويصعب رؤيتها. والصغيرة. وبعيدا. لحسن الحظ ، ليس علينا رؤية ثقوب سوداء - يمكننا سماعها.
عندما تصطدم الثقوب السوداء ، فإنها تهز وتشوه نسيج الزمكان لدرجة أنها تسبب موجات ، مثل تموجات تنتشر من حجر ثقيل يسقط في الماء. تنتشر موجات الجاذبية هذه في جميع أنحاء الفضاء بسرعة الضوء ، وتمتد قليلاً وتضغط على أي مادة متداخلة أثناء الغسيل. في الواقع ، جسمك ، كما تقرأ هذا ، يتم جره وضغطه كقطعة من المعجون من موجات الجاذبية التي لا تعد ولا تحصى والتي تمر عبر الأرض.
من الصعب جدًا اكتشاف موجات الجاذبية هذه ، وهذا هو السبب في أن الأشخاص الذين قاموا بقياسها حصلوا على بعض جوائز نوبل لجهدهم المستمر منذ عقود لاستخدام أشعة الضوء المتداخلة لالتقاط الإشارة الدقيقة.
لكن مراصدنا الثلاثية لموجات الجاذبية على سطح الأرض لا يمكن أن تساعدنا في حل مشكلة المادة المظلمة من ثقب أسود داخل قزم إلى مجرة إلى دراسة. تلك الثقوب السوداءثقوب سوداء متوسطة الكتلة - أصغر من أن يصنع إشارة يمكن اكتشافها هنا في درب التبانة عند الاندماج.
لكن مرصد موجة الجاذبية في الفضاء يمكن. قد تكون مهمة LISA المقترحة (والتي تعني ، كما قد توقعت ، هوائي تداخل مقياس الليزر بالليزر) حساسية مناسبة لرؤية إشارة دمج الثقوب السوداء متوسطة الحجم ، تمامًا مثل تلك الموجودة في قلوب المجرات القزمة.
وفقًا لورقة جديدة تم قبولها مؤخرًا من قبل مجلة Astrophysical Journal Letters بقيادة توماس تومفال من جامعة زيورخ ، يمكن لنماذج مختلفة من المادة المظلمة (وتفاعلاتها المحتملة مع النوع الطبيعي المحب للضوء) أن تؤثر على عدد مرات ومدى سرعة تندمج الثقوب السوداء في المجرات القزمة ، وهو أمر يمكن أن تفصله ليزا.
إنه مسار دوار لفهم المادة المظلمة ، ولكن في مشكلة مزعجة مثل هذه ، فهي واعدة.
اقرأ المزيد: "تكوين ثنائيات ليزا للثقب الأسود في دمج المجرات القزمة: بصمة المادة المظلمة"
