المجرة المجاورة لدرب التبانة تشير إلى أن المادة المظلمة تتفاعل مع نفسها

المجرة المجاورة لدرب التبانة تشير إلى أن المادة المظلمة تتفاعل مع نفسها
يمكن لمجرة تطفو إلى جانب مجرتنا على بعد حوالي 380 ألف سنة ضوئية من الأرض أن تقدم أدلة جديدة في السعي المستمر منذ 90 عامًا لتحديد طبيعة المادة المظلمة، وهي الغراء غير المرئي الذي يجمع المجرات معًا.
وتمثل المادة الغامضة أكثر من 80% من كتلة الكون ولكن لم يتم اكتشافها بشكل مباشر بعد.
قد تتكون المجرة، المسماة Crater II، من مادة مظلمة ذاتية التفاعل (SIDM)، وهي مجموعة افتراضية من المادة المظلمة التي من المتوقع أن تتفاعل جزيئاتها عبر قوة غير معروفة حتى الآن تتجاوز الجاذبية. وقد جذبت هذه الفرضية الانتباه في السنوات الأخيرة باعتبارها شكلاً بديلاً للمادة المظلمة "الباردة" التقليدية.
"عندما بدأنا هذا المشروع، كنا نعرف تقريبًا كيف سيعمل SIDM، ولكن لم يكن لدينا أي فكرة عن مدى نجاحه في شرح ملاحظات كريتر II،" قال هاي بو يو، المؤلف المشارك في الدراسة، وهو أستاذ في الفيزياء وعلم الفلك. في جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد، لموقع Space.com.
"تُظهر عمليات المحاكاة الحاسوبية التي أجريناها لنظائرها في Crater II أن الاتفاق بين تنبؤات [المادة المظلمة ذاتية التفاعل] وملاحظات Crater II جيد بشكل مدهش، وأن القوة المطلوبة للتفاعل الذاتي للمادة المظلمة أكبر مما توقعنا في البداية."
ذات صلة: تشير "حلقة أينشتاين" الغريبة إلى أن المادة المظلمة الغامضة تتفاعل مع نفسها
تم اكتشاف مجرة كريتر 2 في عام 2016 في صور التقطها التلسكوب الكبير جدًا في تشيلي، وهي رابع أكبر قمر تابع لمجرة درب التبانة – بعد سحب ماجلان الكبيرة والصغيرة ومجرة القوس. ولو كان مرئيا بالعين المجردة، لكان حجمه ضعف حجم البدر، وفقا لمجلة نيو ساينتست. تستضيف الحفرة II بضعة مليارات من النجوم القديمة، والتي تنتشر عبر 6500 سنة ضوئية، مما يجعل "العملاق الضعيف" خافتًا بشكل ملحوظ – ما يقرب من 100000 مرة أقل سطوعًا من درب التبانة.
على الرغم من المحاولات المتعددة على مر السنين لمحاكاة خصائص كريتر 2، إلا أن كيفية تشكل المجرة والحفاظ على حجمها الكبير نسبيًا لا يزال غير واضح. يعرف علماء الفلك أن كريتر 2 يتطور على مر العصور تحت تأثير جاذبية درب التبانة؛ تمارس مجرتنا قوة مد وجزر عليها، مما يؤدي إلى تمديد مظهرها. تؤثر هذه القاطرات أيضًا على هالة المادة المظلمة، وهي بنية كروية غير مرئية تحيط بـ Crater II، بالإضافة إلى نجوم المجرة.
وقال يو: "المثال المفيد هو أن قوة المد والجزر للقمر تؤدي إلى المد والجزر في المحيطات على الأرض". "بالنسبة للأقمار الصناعية لمجرة درب التبانة، يمكن لقوة المد والجزر أن تجرد النجوم والمادة المظلمة، مما يقلل من كتلة الأقمار الصناعية بمرور الوقت."
قصص ذات الصلة
ومع ذلك، تشير القياسات الحديثة لمدار المجرة حول درب التبانة إلى أن تلك التفاعلات أضعف من أن تفسر كثافات المادة المظلمة في كريتر 2، أي إذا كانت المادة المظلمة مكونة من جسيمات "باردة" غير قابلة للتصادم، كما تنبأ نظرية لامبدا السائدة. نموذج CDM (LCDM أو CDM) لعلم الكونيات. ويقول العلماء إن تفاعلات المد والجزر الطويلة مع مجرة درب التبانة كان من المفترض أيضًا أن تؤدي إلى تقليص حجم الحفرة الثانية أكثر مما لوحظ.
واستنادًا إلى قياسات مدار كريتر 2، قام يو وأعضاء آخرون في الفريق بمحاكاة فقدان كتلة النجوم وجزيئات المادة المظلمة بسبب قوة المد والجزر في مجرة درب التبانة. ووجد الفريق أن الخصائص المرصودة للمجرة يمكن تفسيرها من خلال جزيئات المادة المظلمة التي تتفاعل مع بعضها البعض.
والأهم من ذلك، أن Crater II لا تحتوي على "حدبة" عالية الكثافة من المادة المظلمة باتجاه مركزها كما تنبأ نموذج LCDM. من ناحية أخرى، إذا كانت المادة المظلمة مصنوعة بالفعل من جسيمات تتفاعل ذاتيًا، فإن الاصطدامات في المناطق الداخلية لهالة المادة المظلمة يمكن أن تنقل الطاقة بين الجسيمات "وتميل إلى جعلها تحمل نفس الكمية من الطاقة"، كما قال يو. وهذا من شأنه أن يسوي هالة كريتر 2 ويفسر افتقارها إلى حدبة مركزية، وفقًا لدراسة الفريق، التي نُشرت هذا الشهر في مجلة The Astrophysical Journal Letters.
ويقول الباحثون إن SIDM يتنبأ أيضًا بأن المجرة سوف تتوسع داخل هالة المادة المظلمة، وهو ما يفسر حجم Crater II الكبير بشكل أفضل من نماذج CDM.
وقال يو: "يُظهر عملنا أن SIDM يمكنه تفسير الخصائص غير العادية لـ Crater II، والتي تتحدى آلية التنمية النظيفة". "ولتأكيد ما إذا كانت المادة المظلمة تحمل بالفعل قوة جديدة، نأمل أن نرى المزيد من المجرات مثل Crater II."