اكتشف العلماء أن المادة المظلمة، وهي المادة الأكثر غموضا في الكون، تخضع للجاذبية على المقاييس الكونية الشاسعة. قد يساعد هذا في استبعاد احتمال وجود قوة أساسية خامسة في الطبيعة، لكن حتى لو لم يكن الأمر كذلك، فإنه بالتأكيد يضع قيودًا على قوة تلك القوة المحتملة.
من المعروف منذ زمن طويل أن “المادة اليومية” تتكون من ذرات، والتي بدورها تتكون من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. ونعلم أيضًا أن هذه الجسيمات تتماشى مع المعروف القوى الأساسية للطبيعة: الكهرومغناطيسية، الجاذبية، القوة النووية القوية، والقوة النووية الضعيفة. ومع ذلك، ما كان أقل وضوحا هو ما إذا كان المادة المظلمة يطيع نفس هذه القوى الأربع. في الواقع، أحد أسباب كون المادة المظلمة محيرة للغاية هو أنها لا تبدو وكأنها تعمل جنبًا إلى جنب مع الضوء أو الإشعاع الكهرومغناطيسي. وإذا حدث ذلك، فإنه يفعل ذلك بشكل أضعف بكثير مما تفعله المادة العادية. وهذا يجعل المادة المظلمة غير مرئية بشكل فعال، مما يعني أن الطريقة الوحيدة التي يمكن للعلماء من خلالها استنتاج وجودها هي من خلال مراقبة تأثيرات جاذبيتها ومن ثم مراقبة كيف تعمل كوسيط وتؤثر على الضوء والمادة العادية.
لحل هذه المعضلة واكتشاف ما إذا كان يمكن التحكم في المادة المظلمة بواسطة قوة أساسية خامسة غير معروفة حتى الآن، شرع باحثون من جامعة جنيف (UNIGE) في تحديد ما إذا كانت المادة المظلمة تقع في آبار الجاذبية الكونية على نطاقات واسعة تمامًا كما تفعل المادة العادية. يتم إنشاء آبار الجاذبية هذه عندما تشكل الأجسام ذات الكتلة الهائلة نسيج المكان والزمان، موحدين ككيان واحد رباعي الأبعاد يسمى “الزمكان“للاعوجاج (كما حددته النسبية العامة). كلما زادت كتلة الجسم، كلما كان اعوجاج الزمكان أكثر تطرفًا، وكلما كانت الجاذبية الناتجة “أعمق”، وبالتالي أصبح تأثير الجاذبية أقوى.
وقال كاميل بونفين، عضو الفريق والباحث في UNIGE، في بيان: “للإجابة على هذا السؤال، قمنا بمقارنة سرعات المجرات عبر الكون بعمق آبار الجاذبية”. “إذا لم تخضع المادة المظلمة لقوة خامسة، فإن المجرات – التي تتكون في معظمها من المادة المظلمة – سوف تسقط في هذه الآبار مثل المادة العادية، التي تحكمها الجاذبية فقط.
“من ناحية أخرى، إذا أثرت قوة خامسة على المادة المظلمة، فإنها ستؤثر على حركة المجرات، والتي ستسقط بعد ذلك في الآبار بشكل مختلف. ومن خلال مقارنة عمق الآبار مع سرعات المجرات، يمكننا بالتالي اختبار وجود مثل هذه القوة.”
وبهذا النهج وباستخدام البيانات الكونية الحديثة، أثبت الفريق أن المادة المظلمة تنزلق بالفعل إلى آبار الجاذبية تمامًا كما تفعل المادة العادية. في حين أن هذه النتائج لا تقدم أي تلميحات عن وجود قوة أساسية خامسة في الطبيعة، إلا أنها لا تستطيع استبعادها تمامًا.
“ومع ذلك، في هذه المرحلة، لا تستبعد هذه الاستنتاجات بعد وجود قوة غير معروفة. ولكن إذا كانت هذه القوة الخامسة موجودة، فلا يمكن أن تتجاوز 7٪ من قوة الجاذبية – وإلا لكانت قد ظهرت بالفعل في تحليلاتنا”، تقول ناستاسيا جريم، قائدة الفريق والباحثة في معهد علم الكونيات والجاذبية بجامعة بورتسموث في المملكة المتحدة.
في حين أن هذه النتائج لا تنهي كتاب القوة الخامسة للطبيعة التي تحكم المادة المظلمة، إلا أنها تساعد في تحديد خصائص هذا الشكل المراوغ والمثير للقلق من المادة بشكل أفضل. وإذا كانت هناك قوة خامسة للطبيعة، فمن المحتمل أنها لن تكون قادرة على الاختباء إلى الأبد.
يقول إسحاق توتوسوس Isaac Tutusaus، عضو الفريق والباحث في جامعة تولوز: “البيانات القادمة من أحدث التجارب، مثل LSST (المسح القديم للمكان والزمان الذي أجراه مرصد Vera C. Rubin وأداة التحليل الطيفي للطاقة المظلمة)، ستكون حساسة لقوى ضعيفة تصل إلى 2% من الجاذبية. وبالتالي، ينبغي أن تسمح لنا بمعرفة المزيد عن سلوك المادة المظلمة”.
نُشر بحث الفريق يوم الاثنين (3 نوفمبر) في المجلة اتصالات الطبيعة.
التعليقات