تلسكوب هابل ومرصد تشاندرا التابعين لناسا يكتشفان أدلة قد تساعد في تحديد المادة المظلمة

اكتشف علماء فلك باستخدام أرصاد تلسكوب هابل الفضائي ومرصد تشاندرا للأشعة السينية التابعين لناسا أن المادة المظلمة (dark matter) لا تُبطئ عندما تتصادم مع نفسها، ويُشير هذا الأمر إلى أن تفاعلها مع نفسها هو أقل مما اعتقدناه سابقاً. ويقول الباحثون أن هذه النتائج تُقلل من الخيارات المطروحة بخصوص هذه المادة الغامضة.

المادة المظلمة مادة غير مرئية وتُشكل مُعظم كتلة الكون. ولأنها لا تعكس أو تمتص أو تشع الضوء، يُمكن تتبعها بشكل غير مباشر فقط، وذلك جراء قيام جاذبيتها بتضخيم وتشويه الضوء القادم من مصدر بعيد، ويُمكن الحصول على ذلك عبر قياس انحناء الفضاء جراء التعديس الثقالي (gravitational lensing).

لمعرفة المزيد عن المادة المظلمة واختبار مثل هذه النظريات، يقوم الباحثون بدراستها بالاعتماد على طريقة مشابهة للتجارب المُجراة على المادة المرئية، من خلال مشاهدة ما يحصل عند اصطدامها بأجسام أخرى. وفي هذه الحالة، فإنَّ الأجسام المتصادمة الّتي نضعها تحت المراقبة هي العناقيد المجرية (galaxy clusters).

استخدم الباحثون تلسكوب هابل الفضائي ومرصد تشاندرا لرصد هذه التصادمات الفضائية. وقد استُخدم هابل تحديداً لرسم خريطة لتوزُّع النجوم والمادة المظلمة بعد حصول التصادم، الذي تم تتبُّعه بالاعتماد على مفعول التعديس الثقالي الممارَس على ضوء الخلفية.
بالإضافة إلى ذلك، استُخدم تشاندرا للكشف عن انبعاثات الأشعة السينية القادمة من سُحب الغاز المتصادمة.

نُشرت النتائج في عدد 27 مارس/آذار من مجلة Science.

يقول جون غرونسفيلد (John Grunsfeld)، مساعد مدير إدارة المهام العلمية في ناسا في واشنطن: "إنَّ المادة المظلمة لغزٌ لطالما سعينا للكشف عنه، لكن بوجود هذه القدرات المشتركة لتلك المراصد العظيمة الموجودة في مهام موسعة، نحن الآن أقرب من أي وقت مضى لفهم هذه الظاهرة الكونية".

تتكون العناقيد المجرية من ثلاثة عناصر رئيسة: المجرات، وسُحب الغاز، والمادة المظلمة. وأثناء التصادمات، تتصادم سُحب الغاز المحيطة بالمجرات وتُبطئ أو تتوقف. تتأثر المجرات بالجر المُمارس من قبل سحب الغاز بشكل أقل بكثير. وبسبب الفجوات الكبيرة الموجودة بين النجوم داخلها، لا تبطئ بعضها البعض.

يقول المؤلف الرئيسي للدراسة ديفيد هارفي (David Harvey)، من مدرسة الفنون التطبيقية الاتحادية في لوزان (EPFL) بسويسرا: "نعرف ردة فعل الغاز والنجوم تجاه هذه التصادمات الكونية. تساعدنا مقارنة سلوك المادة المظلمة في حصر الخيارات المحتملة لطبيعتها".

درس هارفي وفريقه 72 حالة من تصادمات العناقيد المجرية. وحدثت التصادمات في أوقات مختلفة ورُصدت من زوايا مختلفة، بعضها من الجانب وأخرى بشكلٍ رأسي. وجد الفريق أن المادة المظلمة -مثل المجرات- اتجهت مباشرة نحو التصادمات العنيفة من غير أن تبطئ كثيراً. هذا يعني أن المادة المظلمة لا تتفاعل مع الجسيمات المرئية وتُحلق بجوار غيرها من المادة المظلمة وتتفاعل معها بمعدلٍ أقل بكثير مما كان يُعتقد. ولو كانت المادة المظلمة تتدافع مع بعضها البعض، لانزاح توزع المجرات.

يقول عضو الفريق ريتشارد ماسي (Richard Massey) من جامعة دورهام في المملكة المتحدة: "شاهدنا من خلال دراسة سابقة سلوكاً مشابهاً في عنقود الرصاصة (Bullet Cluster)، لكن من الصعب تفسير ما تشاهد إذا كان لديك مثال واحد فقط. يستغرق كل تصادم مئات الملايين من السنين، لذلك خلال كامل حياة الإنسان، سنحصل فقط على رؤية واحدة لإطار جامد ومن زاوية واحدة. وبما أننا قد درسنا العديد من التصادمات، يُمكننا البدء بتجميع قطع الفيلم مع بعضها البعض لنحصل عليه كاملاً، ونحصل بالتالي على فهمٍ أفضل لما يجري".

نجح الفريق بواسطة هذا الاكتشاف بالتضييق على خواص المادة المظلمة. فحالياً لدى العلماء النظريين في مجال فيزياء الجسيمات مجموعة صغيرة من المجاهيل للعمل عليها أثناء بناء نموذجهم.

يقول هارفي: "لم يكن واضحاً بالنسبة لنا مقدار تفاعل المادة المظلمة مع نفسها لأنها تمضي بشكلٍ معاكس لكل ما نعرفه. نعرف من أرصاد سابقة أنَّ المادة المظلمة يجب أن تتفاعل مع نفسها بشكل ضعيف ومعقول".

قد تمتلك المادة المظلمة خواص معقدة وغنية، ولا يزال هناك العديد من الأنواع الأخرى من التفاعلات التي يجب دراستها. وتستبعد هذه النتائج الحديثة التفاعلات التي تخلق قوة احتكاك قوية تتسبب في تباطؤ المادة المظلمة أثناء التصادم.

سيدرس الفريق مستقبلاً تفاعلات أخرى محتملة، مثل ارتداد جسيمات المادة المظلمة عن بعضها البعض ككرات البلياردو، والتسبب في خروج جسيمات المادة المظلمة من السحب جراء التصادمات، أو قطرات المادة المظلمة بتغيير الشكل. ويتطلع الفريق لدراسة تصادمات تشمل مجرات منفردة فهي أكثر شيوعاً بكثير. ويقول هارفي : "لا يزال هناك العديد من المرشحين الذين قد يكونوا المادة المظلمة، ولذا فاللعبة لم تنته بعد لكننا نقترب من الإجابة. وفي النهاية، تسمح لنا هذه المصادمات الجسيمية الفلكية الكبيرة بإلقاء نظرة على العالم المظلم -بعيد المنال- المحيط بنا".