يعتقد الفيزيائيون أن المادة المظلمة قد تكون مسؤولة عن “غابة الهيدروجين”

باستخدام الحاسوب العملاق، أكد فريق من الفيزيائيين وجود تناقض بين ملاحظات الكون والتنبؤات النظرية حول بنيته.

استخدم الفريق بريا، وهي مجموعة من عمليات المحاكاة التي تأخذ بيانات الضوء الضوئي من مسحين لتحسين المعلمات الكونية، وتحديد القيود المفروضة على قياسات الكون وتطوره. تم نشر بحث الفريق في وقت سابق من هذا الشهر في مجلة مجلة علم الكونيات وفيزياء الجسيمات الفلكية.

باستخدام بريا، قام الفريق بدراسة المخططات الطيفية، وهي صور لخطوط انبعاث الهيدروجين في الكون. التقطت الصور الطيفية غابة ليمان ألفا، وهي عبارة عن حشد كثيف من خطوط الامتصاص في أطياف الكوازارات، وهي مصادر ضوئية شديدة السطوع في الكون.

في المخططات الطيفية للفريق، أشارت الزيادات في الترددات المفقودة إلى “الذرات والجزيئات التي واجهها الضوء على طول الطريق”، كما قال سيمون بيرد، الفيزيائي في جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد والمؤلف المشارك في البحث، في بيان جامعي. وأضاف: “نظرًا لأن كل نوع من الذرات لديه طريقة محددة لامتصاص الضوء، مما يترك نوعًا من التوقيع في المخطط الطيفي، فمن الممكن تتبع وجودها، وخاصة وجود الهيدروجين، العنصر الأكثر وفرة في الكون”.

المادة المظلمة هي الاسم الشامل لحوالي 27% من محتوى الكون. سمي بهذا الاسم لأنه لم يتم ملاحظته بشكل مباشر من قبل، ولكن وجوده واضح في تأثيرات جاذبيته. تقوم أدوات مثل تلسكوب إقليدس الفضائي بجمع البيانات التي يمكن أن تكشف عن تركيبة الكون المظلم.

في الوقت نفسه، تعمل الأدوات الموجودة على الأرض، مثل مشروع راديو DM، على تقليل نطاق الكتلة المحتمل للجسيمات التي قد تكون مسؤولة عن المادة المظلمة ببطء. بعض المرشحين المشهورين للمادة المظلمة هم الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs)، والأكسيونات، والفوتونات المخفية (أو المظلمة)، من بين أشياء أخرى.

يمكن لرسم خرائط توزيع المادة المظلمة عبر الكون أن يكشف أيضًا عن مدى توافق النماذج النظرية للكون مع بيانات الرصد. في عملهم الأخير، كشفت غابة ليمان-ألفا عن مواقع المادة المظلمة في الكون.

قال بيرد: “تنجذب المادة المظلمة، لذا فهي تتمتع بقدرة جاذبية”. “يقع فيه غاز الهيدروجين، وتستخدمه كتتبع للمادة المظلمة.”

يستخدم الفريق نموذجه لمراقبة تركيزات المادة المظلمة في الكون، وأيضًا للتحقيق في التناقضات بين ملاحظات الكون والتنبؤات النظرية لبنيته.

قدم بيرد فكرتين رئيسيتين حول سبب عدم تطابق الاثنين. أحد الاحتمالات هو أن الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في قلب المجرات تُربك حسابات الفريق حول بنية الكون، بينما الآخر هو أن هناك فيزياء جديدة لم يتم اكتشافها بعد.

وقال بيرد: “إذا استمر هذا في مجموعات البيانات اللاحقة، فمن المرجح أن يكون جسيمًا جديدًا أو نوعًا جديدًا من الفيزياء، وليس الثقوب السوداء التي تفسد حساباتنا”.

بمعنى آخر، ستكون هناك حاجة إلى مزيد من البيانات لمعرفة أحد أكبر الألغاز المعلقة حول الكون. ولحسن الحظ، لدينا الكثير من المراصد المتاحة حاليًا والمخططة لجمع تلك البيانات.