منذ أن بدأ عملياته في عام 2022، أتاح تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) للعلماء تحقيق خطوات مذهلة في فهمنا للكون، وخاصة عصره المبكر. ومع ذلك، فإن أحد الألغاز الكونية العالقة التي لم يكن لـ JWST تأثير كبير عليها هو طبيعة المادة المظلمة. الآن، تشير الأبحاث الجديدة إلى أن هذا شيء قد يتغير قريبًا.
في حين تشير التقديرات إلى أن المادة المظلمة تمثل 85% من المادة الموجودة في الكون، إلا أنه من الصعب التحقيق فيها لأنها لا تتفاعل مع الإشعاع الكهرومغناطيسي (الضوء) أو أنها تتفاعل بشكل ضعيف للغاية بحيث لا يمكننا اكتشافها مباشرة. وكذلك صنع المادة المظلمة غير مرئية بشكل فعال، وهذا النقص في التفاعل مع الضوء يخبر العلماء أن الجسيمات التي تشكل المادة المظلمة ليست كذلك البروتونات, النيوترونات, و الإلكترونات التي تشمل الأشياء اليومية التي نراها حولنا يوميًا، بدءًا من النجوم الأكثر ضخامة إلى الفيروسات التي تجعل حياتنا بائسة في كل شتاء. لقد أدى البحث عن جسيم محتمل للمادة المظلمة إلى ظهور العديد من المشتبه بهم، لكنهم ظلوا جميعًا افتراضيين بشكل محبط.
دراسة هذه المجرات الممدودة باستخدام JWST يقول العلماء إن هذا قد يساعد في الكشف عن وجود المادة المظلمة. “في الكون المتوسع الذي حددته نظرية أينشتاين النسبية العامةوقال روجير ويندهورست، عضو الفريق من جامعة ولاية أريزونا، في بيان: “تنمو المجرات بمرور الوقت من كتل صغيرة من المادة المظلمة التي تشكل العناقيد النجمية الأولى وتتجمع في مجرات أكبر عبر جاذبيتها الجماعية”.
“لكن الآن يشير تلسكوب جيمس ويب الفضائي إلى أن المجرات الأولى قد تكون مدمجة في هياكل خيطية محددة، والتي – على عكس المادة المظلمة الباردة – تربط بسلاسة مناطق تكوين النجوم معًا، وهو أقرب إلى ما هو متوقع إذا كانت المادة المظلمة جسيمًا خفيفًا يُظهر أيضًا السلوك الكمي.”
إن فهم المادة المظلمة أمر مبالغ فيه
عند استخدام عمليات المحاكاة لإعادة إنشاء المجرات الأولى التي تشكلت في الكون المبكر، فإن السماح للغاز البارد بالتجمع على طول الخيوط في شبكة من المادة المظلمة قادر على إعادة إنشاء المجرات الكروية في الغالب التي نراها في الكون الحديث.
ومع ذلك، نظرًا لأن تلسكوب جيمس ويب الفضائي سمح لعلماء الفلك بالنظر إلى المجرات التي كانت موجودة في المراحل المبكرة جدًا من الكون، فقد وجدوا بشكل متزايد مجرات خيطية ممدودة لا يمكن إعادة إنشائها بسهولة في عمليات المحاكاة التي تلتزم بالآلية القياسية لتجمع الغاز لولادة النجوم ونمو المجرات.
للتحقيق في هذا الأمر، نظر ويندهورست وزملاؤه في عمليات محاكاة للكون تتضمن أنواعًا مختلفة من المادة المظلمة بخلاف تلك الموجودة في النموذج الأكثر قبولًا لعلم الكون، وهو نموذج لامبدا للمادة المظلمة الباردة (LCDM)؛ المادة المظلمة “الباردة”، والتي لا تشير إلى درجة الحرارة ولكن بدلاً من ذلك إلى السرعة التي تتحرك بها الجسيمات.
وكشف هذا أن السلوك الموجي لـ “المادة المظلمة الغامضة” أو جسيمات الأكسيون خفيفة الوزن يمكن أن يفسر الشكل المطول للمجرات المبكرة التي شاهدها تلسكوب جيمس ويب الفضائي.
قال قائد الفريق ألفارو بوزو Alvaro Pozo من مركز دونوستيا الدولي للفيزياء: “إذا كانت جسيمات الأكسيون الخفيفة تشكل المادة المظلمة، فإن سلوكها الشبيه بالموجة الكمومية سيمنع المقاييس الفيزيائية الأصغر من بضع سنوات ضوئية من التشكل لفترة من الوقت، مما يساهم في السلوك الخيطي السلس الذي يراه تلسكوب جيمس ويب الفضائي الآن على مسافات كبيرة جدًا”.
أشارت نماذج الفريق أيضًا إلى أن جسيمات “المادة المظلمة الدافئة” سريعة الحركة، مثل النيوترينوات العقيمة، يمكن أن تؤدي أيضًا إلى ظهور مجرات خيطية مبكرة. في كل من سيناريوهات المادة المظلمة الموجية والمادة المظلمة الدافئة، يرجع ذلك إلى أن هذه الجسيمات تؤدي إلى ظهور خيوط أكثر سلاسة من المادة المظلمة الباردة. ومع تدفق الغاز والنجوم ببطء عبر هذه الخيوط، تبدأ المجرات الطويلة بالتشكل.
سيواصل تلسكوب جيمس ويب الفضائي استكشاف المجرات ذات الأشكال الغريبة في الكون المبكر، بينما يواصل الباحثون هنا على الأرض تطوير عمليات محاكاة للكون المبكر. إن جمع هذه العناصر معًا يمكن أن يساعد في النهاية في حل لغز المادة المظلمة.
تم نشر بحث الفريق في 8 ديسمبر في المجلة علم الفلك الطبيعة.
التعليقات