يمكن للنجوم الميتة التي تدور بسرعة أن تكشف أسرار المادة المظلمة

يمكن للنجوم الميتة التي تدور بسرعة أن تكشف أسرار المادة المظلمة

يمكن للنجوم الميتة التي تدور بسرعة أن تكشف أسرار المادة المظلمة

يخطط العلماء لاستخدام "ساعات" النجوم الميتة لإلقاء الضوء على أكثر الأشياء غموضًا في الكون: الطاقة المظلمة.

إن أجهزة ضبط الوقت هذه هي في الواقع نجوم نابضة، أو نجوم نيوترونية سريعة الدوران، تولد عندما تموت نجوم كتلتها ثمانية أضعاف كتلة الشمس على الأقل. إن الظروف القاسية للنجوم النيوترونية تجعلها مختبرات مثالية لدراسة الفيزياء في بيئات لا توجد في أي مكان آخر في الكون.

يمكن للنجوم النابضة بالميلي ثانية أن تدور مئات المرات في الثانية وتنفجر حزم من الإشعاع الكهرومغناطيسي من أقطابها مثل المنارات الكونية، التي تجتاح الفضاء. وقد حصلت على اسمها لأنه عندما تم رصدها في البداية، بدت هذه النجوم النيوترونية وكأنها تنبض، ويزداد سطوعها. عندما تم توجيه أشعةهم مباشرة إلى الأرض.

ذات صلة: نجم نيوتروني "متطرف" يدور بسرعة اكتشفه متدرب أبحاث البحرية الأمريكية

إن التوقيت الدقيق للغاية لتباين سطوع النجوم النابضة بالمللي ثانية يعني أنه يمكن استخدامها بشكل جماعي كساعات كونية في "مصفوفات توقيت النجوم النابضة". هذه المصفوفات دقيقة جدًا بحيث يمكنها قياس اضطرابات الجاذبية في نسيج المكان والزمان، متحدين ككيان رباعي الأبعاد يسمى "الزمكان"، والذي يمكن أن يكون الطريقة المثالية لمطاردة المادة المظلمة.

وقال جون لوسيكو، الباحث في مجموعة توقيت النجوم النابضة، من جامعة نوتردام، في بيان: "لقد طور العلم طرقًا دقيقة جدًا لقياس الوقت". "على الأرض، لدينا ساعات ذرية، وفي الفضاء، لدينا النجوم النابضة."

استدعاء الوقت على لغز المادة المظلمة

المادة المظلمة غامضة جدًا لأنها لا تتفاعل مع الضوء أو مع المادة العادية، أو إذا حدث ذلك، فإنها تتفاعل بشكل ضعيف جدًا ولا يمكننا اكتشافها. تتكون "المادة العادية" من ذرات تتكون من إلكترونات وبروتونات ونيوترونات تتفاعل مع الضوء والمادة، لذلك يعرف العلماء أن المادة المظلمة يجب أن تتكون من جسيمات أخرى.

على الرغم من عدم تفاعلها مع الضوء، فإن المادة المظلمة لها تأثير جاذبية، ويمكن الاستدلال على وجودها عندما يؤثر هذا التأثير على الضوء والمادة العادية بالفعل. إن تأثير تأثير الجاذبية على الضوء هو الذي يهدف LoSecco وزملاؤه إلى استغلاله باستخدام النجوم النابضة.

تفسير فني لمجموعة من النجوم النابضة تتأثر بتموجات الجاذبية التي ينتجها ثقب أسود هائل في مجرة بعيدة. (حقوق الصورة: أورور سيمونيت/NANOGrav)

وفقًا لنظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين، فإن الأجسام ذات الكتلة تنحني نسيج الزمكان ذاته، وتنشأ الجاذبية من هذا الانحناء. عندما يمر الضوء بهذا الانحناء، ينحرف مساره أيضًا. يمكن أن يغير هذا وقت سفر الضوء، مما يتسبب في وصول الضوء من نفس الجسم البعيد إلى الأرض في أوقات مختلفة، من الناحية النظرية، "إبطائه" (لا تتغير سرعة الضوء فعليًا، بل المسافة التي يقطعها هي التي تتغير). ).

تتمتع المادة المظلمة بكتلة، وبالتالي فإن تركيزات هذا الشكل الغامض من المادة يمكن أن تشوه الزمكان أيضًا. وهكذا يكون مسار الضوء القادم من الأجسام البعيدة منحنيا، ويتأخر وقت وصوله عندما يمر بتراكيز من المادة المظلمة. ويسمى هذا التأثير "عدسة الجاذبية"، حيث يقوم الجسم المتدخل بتغيير مسار الضوء الذي يسمى "عدسة الجاذبية".

رسم تخطيطي يوضح عدسة الجاذبية الناتجة عن المادة المظلمة (مصدر الصورة: Robert Lea (تم إنشاؤه باستخدام Canva))

قام LoSecco وزملاؤه بفحص البيانات التي تم جمعها من 65 نجمًا نابضًا في مصفوفة توقيت Parkes Pulsar. ولاحظوا حوالي 12 حادثة تشير إلى اختلافات وتأخيرات في توقيت النجوم النابضة، والتي عادة ما تكون بدقة النانو ثانية.

ويشير هذا إلى أن حزم الموجات الراديوية الصادرة عن هذه المنارات الكونية النجمية الميتة تسافر حول انفتال في الفضاء ناجم عن تركيز غير مرئي للكتلة في مكان ما بين النجم النابض والتلسكوب. يفترض الفريق أن هذه الكتل غير المرئية هي مرشحة لـ "تكتلات" المادة المظلمة.

وقال لوسيكو: "نحن نستفيد من حقيقة أن الأرض تتحرك، والشمس تتحرك، والنجم النابض يتحرك، وحتى المادة المظلمة تتحرك". "لقد لاحظنا الانحرافات في وقت الوصول الناتجة عن التغير في المسافة بين الكتلة التي نلاحظها وخط الرؤية لنجمنا النابض على مدار الساعة."

الانحرافات التي لاحظها الفريق ضئيلة للغاية. ولتوضيح ذلك، فإن جسمًا له كتلة الشمس من شأنه أن يسبب تأخيرًا في موجات الراديو النابضة بحوالي 10 ميكروثانية. إن انحرافات تأخير المادة المظلمة المقترحة التي شاهدها الفريق أصغر بـ 10000 مرة من ذلك.

وقال البروفيسور لوسيكو: "تشير إحدى النتائج إلى تشويه يبلغ حوالي 20٪ من كتلة الشمس". "قد يكون هذا الجسم مرشحًا للمادة المظلمة."

قصص ذات الصلة:

أحد الآثار الجانبية لأبحاث الفريق هو تحسين دقة بيانات مصفوفة توقيت باركس النابض، والتي يتم جمعها للبحث عن أدلة على إشعاع الجاذبية منخفض التردد.

يمكن لتكتلات المادة المظلمة أن تضيف تداخلًا أو "ضوضاء" إلى هذه البيانات؛ إن تحديد وإزالة هذا الضجيج سيساعد العلماء على استخدام هذه العينة بشكل أفضل في عمليات البحث عن تموجات منخفضة التردد في الزمكان تسمى موجات الجاذبية. وهذا يمكن أن يتيح اكتشاف إشعاع الجاذبية الناتج عن اندماجات أبعد، وبالتالي أبكر، في الثقوب السوداء، وربما حتى موجات الجاذبية البدائية التي خلفتها الانفجار الكبير.

وقال لوسيكو: "إن الطبيعة الحقيقية للمادة المظلمة لغزا". "يلقي هذا البحث ضوءًا جديدًا على طبيعة المادة المظلمة وتوزيعها في درب التبانة وقد يؤدي أيضًا إلى تحسين دقة بيانات النجم النابض."

تم عرض نتائج الفريق في الاجتماع الوطني لعلم الفلك (NAM) 2024 في جامعة هال يوم الاثنين (15 يوليو).


تابعونا على أخبار جوجل


شارك الخبر