أسرار المادة المظلمة: 11 سؤالاً لم يجد لها العلم إجابة

لاحظ الفلكي السويسري فريتز زويكي منذ ثلاثينيات القرن الماضي أن المجرات داخل عناقيد مجرية بعيدة تدور بسرعات تفوق ما يمكن تفسيره من خلال الكتلة المرئية وحدها. وقد اقترح أن هناك مادة غير مرئية، سماها "المادة المظلمة"، تسهم في هذه الظاهرة عبر قوى الجاذبية. منذ ذلك الحين، تأكد الباحثون من انتشار هذه المادة الغامضة في أرجاء الكون، حيث تُقدّر بأنها أكثر وفرة بستة أضعاف من المادة العادية التي تُكوّن النجوم والكواكب والبشر، ومع ذلك فإن طبيعتها ما زالت لغا محيرا، إليكم أبرز 11 سؤالا لم يتمكن العلماء من الإجابة عنها بشأن المادة المظلمة.

1. ما هي المادة المظلمة؟ رغم مرور عقود على رصد آثارها، لا يزال العلماء يجهلون ماهية المادة المظلمة، في البداية اقترح البعض أنها تتكوّن من نجوم صغيرة خافتة أو ثقوب سوداء، إلا أن الأبحاث لم تجد ما يكفي من هذه الأجسام لتفسير سلوك المادة المظلمة. النظرية الأكثر قبوا حاليا تشير إلى وجود جسيمات افتراضية تُعرف باسم الجسيمات الثقيلة ضعيفة التفاعل (WIMPs)، والتي يُعتقد أنها أثقل من البروتونات بما يتراوح بين 10 و100 مرة، لكنها لا تتفاعل مع المادة العادية إلا نادرا.

2. هل يمكننا رصد المادة المظلمة؟ إذا كانت المادة المظلمة مؤلّفة من جسيمات WIMPs، فهي على الأرجح تحيط بنا باستمرار دون أن نشعر بها. وقد أُنشئت تجارب تحت الأرض لرصد تصادم نادر بين هذه الجسيمات وجسيمات عادية مثل البروتونات، ولكن لم يُسجل أي كشف موثوق حتى الآن، أحدث هذه التجارب، المعروفة باسم PandaX في الصين، لم ترصد شيئًا، مما يشير إلى احتمال أن تكون المادة المظلمة أخف كثيرًا من WIMPs، أو أنها تفتقر إلى الخصائص التي تجعلها قابلة للكشف.

3. هل تتكوّن المادة المظلمة من أكثر من نوع واحد من الجسيمات؟ تماما كما أن المادة العادية تتكوّن من عدة جسيمات مثل البروتونات، الإلكترونات، النيوترينوهات، وغيرها، يتساءل بعض الفيزيائيين عما إذا كانت المادة المظلمة تتكوّن بدورها من مجموعة متنوعة من الجسيمات، قد توجد بروتونات وإلكترونات مظلمة تتحد لتشكّل "ذرات مظلمة"، مما يؤدي إلى بناء عوالم خفية كاملة لا نزال نجهلها.

4. هل توجد قوى مظلمة خاصة بالمادة المظلمة؟ على غرار القوى التي تتفاعل بها الجسيمات العادية (مثل القوة الكهرومغناطيسية)، يعتقد بعض الباحثين أن المادة المظلمة قد تمتلك قواها الخاصة، أحد الافتراضات هو وجود فوتونات مظلمة، وهي جسيمات تحمل قوة خفية تتفاعل فقط مع المادة المظلمة، تجارب حالية في إيطاليا تهدف إلى رصد هذه الفوتونات باستخدام تصادمات بين الإلكترونات والبوزيترونات داخل ألماسة.

5. هل يمكن أن تكون المادة المظلمة مؤلفة من جسيمات "أكسيون"؟ مع تراجع شعبية WIMPs، بدأت جسيمات افتراضية أخرى تعرف بـ"الأكسيونات" تكتسب الاهتمام. تتميز الأكسيونات بكتلتها الخفيفة للغاية، وقد تشير بعض المحاكاة الحاسوبية إلى أنها يمكن أن تُكوّن أجساا نجمية تُصدر إشعاعات قد تفسر بعض الظواهر الغامضة مثل انفجارات الراديو السريعة.

6. ما هي خصائص المادة المظلمة؟ تُعرف المادة المظلمة بتأثيراتها الجاذبية فقط، لكن التفاصيل الدقيقة لخصائصها لا تزال غير معروفة، إحدى النظريات تشير إلى أن جسيمات المادة المظلمة قد تكون جسيمات مضادة لأنفسها، ما يعني أنها تفنى عند التلاقي مع جسيم آخر مماثل، منذ عام 2011، تبحث تجربة Alpha Magnetic Spectrometer على متن محطة الفضاء الدولية عن إشارات لهذا التفاعل، وقد سجلت آلاف الحالات دون تأكيد نهائي.

7. هل توجد المادة المظلمة في جميع المجرات؟ نظرا لكثافتها العالية، يُعتقد أن المادة المظلمة تساهم في تكوين البنى الضخمة كالنجوم والمجرات. إلا أن دراسة حديثة لمجرة تُدعى NGC 1052-DF2 أشارت إلى وجود كمية قليلة جدًا منها هناك. لاحقًا، أُعيد تقييم المسافة إلى المجرة، مما غيّر الفرضية الأولى وأعاد احتمال وجود المادة المظلمة بنسبة أكبر مما اعتُقد.

8. ما تفسير نتائج تجربة DAMA/LIBRA؟ منذ عام 1997، تدّعي تجربة DAMA/LIBRA الإيطالية أنها رصدت تذبذا دوريا في تدفق جسيمات المادة المظلمة، يتماشى مع حركة الأرض حول الشمس ضمن ما يُعرف بـ"رياح المادة المظلمة"، الغريب أن تجارب أخرى لم تتمكن من رصد هذا التذبذب، ما يثير الشكوك حول النتائج.

9. هل تمتلك المادة المظلمة شحنة كهربائية؟ رُصدت إشعاعات بطول موجي 21 سنتيمتا من النجوم الأولى في الكون، وتبيّن أن الهيدروجين امتصّها وهو أبرد من المتوقع، أحد التفسيرات هو أن المادة المظلمة تمتلك شحنة كهربائية خفيفة، ما جعلها تسحب الحرارة من الهيدروجين، كما تفعل مكعبات الثلج مع عصير الليمون.

10. هل تتحلل الجسيمات العادية إلى مادة مظلمة؟ تحلل النيوترونات في ظروف معزولة يؤدي إلى اختلاف زمني بسيط في تجارب متعددة، ما دفع بعض الفيزيائيين إلى اقتراح أن النيوترونات قد تتحلل في بعض الأحيان إلى جسيمات مادة مظلمة، إلا أن تجارب متابعة لم تتمكن من رصد هذه الظاهرة، مما يجعلها احتمالاغير مؤكد بعد.

11. هل المادة المظلمة موجودة حقا؟ نظا لعدم القدرة على رصدها بشكل مباشر، يقترح بعض العلماء أن النظريات المتعلقة بالجاذبية قد تكون غير مكتملة. نظرية "ديناميكيات نيوتن المعدلة" (MOND) تطرح أن الظواهر المنسوبة للمادة المظلمة قد تكون ناتجة عن اختلاف في سلوك الجاذبية على نطاقات واسعة، ومع ذلك فإن الدلائل الأخيرة لا تزال ترجح وجود المادة المظلمة كحقيقة قائمة. رغم التقدم التكنولوجي والمعرفي، لا تزال المادة المظلمة واحدة من أعظم ألغاز الكون، وبينما تسعى التجارب المستقبلية لتحديد طبيعتها وخصائصها، يبقى السؤال الأكبر: هل سنتمكن يومًا ما من كشف أسرار هذه القوة الخفية التي تشكل معظم الكون؟

المصدر:   Live Science