ما زلنا لا نستطيع رؤية المادة المظلمة. ولكن ماذا لو استطعنا سماعها؟

المادة المظلمة، وهي أكثر المواد غموضًا وانتشارًا في الكون، غير مرئية عمليًا. والسبب في ذلك ببساطة هو أنها لا تتفاعل مع الضوء. ولكن ماذا لو حاول العلماء، بدلًا من محاولة رؤية المادة المظلمة، سماعها؟

تشير أبحاث جديدة إلى أن المادة المظلمة قد تترك بصمة صغيرة ولكنها قابلة للتمييز في فوضى تموجات الزمكان المعروفة باسم "موجات الجاذبية" التي تتردد في أرجاء الكون عندما يصطدم ثقبان أسودان ويتحدان. ومع ذلك، فإن هذا مشروط بقدرة الثقوب السوداء الدوارة على "خلط" المادة المظلمة كما تُخلط الزبدة الكونية. (سنتناول هذا الأمر لاحقًا).

تزداد حساسية مرصد ليغو (مرصد موجات الجاذبية بالتداخل الليزري) باستمرار. واستعدادًا لمرحلةٍ يُصبح فيها رصد هذه الآثار أسهل في بيانات موجات الجاذبية، طوّر هذا الفريق طريقةً تتنبأ بالشكل الذي يجب أن تتخذه موجة الجاذبية عند مرورها عبر المادة المظلمة، بدلًا من الفضاء الفارغ.

قال رودريغو فيسنتي، الباحث في مختبر GRAPPA (فيزياء الجاذبية والجسيمات الفلكية في أمستردام)، في بيان: "سيكون استخدام الثقوب السوداء للبحث عن المادة المظلمة أمراً رائعاً. سنتمكن من استكشاف المادة المظلمة على نطاقات أصغر بكثير من أي وقت مضى".

لا أصدق أنه ليس زبدة

تمثل المادة المظلمة لغزاً من هذا القبيل لأنه على الرغم من كونها غير مرئية لنا، إلا أنها لا تزال "تتفوق" على المادة العادية بنسبة خمسة إلى واحد تقريباً.

عدم تفاعل المادة المظلمة مع الضوء يعني أنها لا يمكن أن تتكون من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات – وهي الجسيمات التي تُكوّن الذرات. ذلك لأن الذرات تُكوّن كل "المادة العادية" التي نراها من حولنا، من النجوم والكواكب إلى الجهاز الذي تقرأ عليه هذه المقالة وأجسامنا. بعبارة أخرى، تتفاعل الذرات مع الضوء (أو تحديدًا مع الإشعاع الكهرومغناطيسي). في الواقع، الطريقة الوحيدة التي يعرف بها علماء الفلك بوجود المادة المظلمة هي من خلال تفاعلها مع الجاذبية وكيف يُؤدي هذا التفاعل إلى انحناء الزمكان، مما يُؤثر بشكل غير مباشر على المادة العادية والضوء.

النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات الذي يُمكن أن يُفسر وجود المادة المظلمة. تمتلك هذه الجسيمات نطاقًا واسعًا من الكتل والخصائص المحتملة، ومن بينها جسيم افتراضي يُسمى "الجسيم القياسي الخفيف" الذي يُفترض أن كتلته أصغر بكثير من كتلة الإلكترون. ومن خصائص هذا الجسيم أن المادة المظلمة المُكوّنة منه تتصرف كموجات مُنسقة حول الثقوب السوداء.

حول ثقب أسود دوّار، تنتقل الطاقة الدورانية إلى المادة المظلمة القياسية الخفيفة، مما يزيد كثافتها، تمامًا كما لو أن مجدافًا يخفق الكريمة ليصنع منها زبدة. إذا أصبحت هذه "الزبدة" من المادة المظلمة كثيفة بما يكفي، فقد تؤثر على موجات الجاذبية الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء، تاركةً أثرًا واضحًا.

بعد تحديد شكل هذه الإشارة، قام فيسنتي وزملاؤه بالبحث في البيانات التي جمعها مرصد ليغو (LIGO) وأجهزة كشف موجات الجاذبية الأخرى، كاغرا (KAGRA) وفيرجو (Virgo)، مركزين على 28 من أوضح الإشارات الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء. من بين هذه الإشارات، بدا أن 27 منها ناتجة عن اندماجات حدثت في فراغ الفضاء النسبي. مع ذلك، بدت إشارة واحدة، GW190728، التي رُصدت لأول مرة في 19 يوليو 2019، والناتجة عن اندماج ثقبين أسودين ثنائيين بكتلة إجمالية تعادل 20 ضعف كتلة الشمس، ويقعان على بعد يُقدّر بـ 8 مليارات سنة ضوئية، وكأنها تحمل أثرًا واضحًا لهذا الاندماج الذي حدث في منطقة من المادة المظلمة الكثيفة واللزجة.

يحرص الفريق الذي يقف وراء هذا البحث على الإشارة إلى أنه لا يمكن اعتبار هذا اكتشافًا إيجابيًا للمادة المظلمة، ولكنه يقول إنه يعطينا تلميحًا عما يجب البحث عنه، وبالتالي إلى أين نوجه التحقيقات اللاحقة – وهو أمر يمكن أن يكون مفيدًا بشكل متزايد مع استمرار أجهزة الكشف عن المادة المظلمة على الأرض في تشغيلها الخامس بحساسية معززة.

قال جوسو أوريكوتشيا، قائد الفريق من قسم الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT): "نعلم أن المادة المظلمة موجودة حولنا. كل ما في الأمر أنها يجب أن تكون كثيفة بما يكفي لنتمكن من رؤية آثارها. توفر الثقوب السوداء آلية لزيادة هذه الكثافة، والتي يمكننا الآن البحث عنها من خلال تحليل موجات الجاذبية المنبعثة عند اندماجها."

تم نشر نتائج الفريق يوم الثلاثاء (12 مايو) في مجلة Physical Review Letters.

تابعونا على أخبار جوجل