موجات الجاذبية تكشف المادة المظلمة المخفية حول الثقوب السوداء

لقد أنشأ الباحثون نموذجًا نسبيًا كاملاً يُظهر ذلك موجات الجاذبية قد تحمل أدلة مخفية حول المادة المظلمة بالقرب من الثقوب السوداء الضخمة.

بحث جديد من العلماء في جامعة أمستردام يوضح كيف يمكن لموجات الجاذبية التي تنتجها الثقوب السوداء أن توفر طريقة لاكتشاف المادة المظلمة ومعرفة المزيد عن سلوكها. ومن الأمور المركزية في هذه الدراسة نموذج يستند إلى النسبية العامة لأينشتاين، والذي يصف بدقة عالية كيف يمكن لـ الثقب الأسود يتفاعل مع المواد القريبة.

نشر رودريغو فيسينتي، وثيوفانيس ك. كاريداس، وجيانفرانكو بيرتوني من معهد UvA للفيزياء (IoP) ومركز GRAPPA للجاذبية وفيزياء الجسيمات الفلكية في أمستردام النتائج التي توصلوا إليها في رسائل المراجعة البدنية. يقدم بحثهم طريقة محسنة للتنبؤ بكيفية تأثير المادة المظلمة بالقرب من الثقوب السوداء على موجات الجاذبية التي تولدها هذه الأنظمة.

المتطرفة نسبة الكتلة المتطرفة

تتناول الدراسة اللوالب ذات نسبة الكتلة المتطرفة، أو EMRIs: وهي الأنظمة التي يدور فيها جسم مضغوط صغير نسبيًا (على سبيل المثال، ثقب أسود نشأ من انهيار نجم واحد) ويتحرك تدريجيًا نحو الداخل نحو ثقب أسود أكثر ضخامة بكثير يقع غالبًا في مركز المجرة. خلال هذه الرحلة إلى الداخل، يُنتج الجسم الأصغر إشارة مستمرة من موجات الجاذبية.

البعثات الفضائية المستقبلية مثل وكالة الفضاء الأوروبيةومن المتوقع أن يسجل هوائي LISA الفضائي التابع لشركة LISA، المقرر إطلاقه في عام 2035، هذه الإشارات لعدة أشهر أو حتى سنوات، متتبعًا مئات الآلاف إلى ملايين الدورات المدارية. إذا تم تصميم هذه “البصمات الكونية” بدقة، فإنها يمكن أن تكشف عن كيفية توزيع المادة – وخاصة المادة المظلمة الغامضة التي يُعتقد أنها تشكل معظم المادة في الكون – في المحيط المباشر للثقوب السوداء الضخمة.

وجهة نظر نسبية

قبل أن تبدأ مهمات مثل LISA في جمع البيانات، من المهم التنبؤ بالتفصيل بأنواع الإشارات التي يجب أن نتوقعها وكيفية استخلاص أكبر قدر ممكن من المعلومات منها. حتى الآن، اعتمدت معظم الدراسات على أوصاف مبسطة لكيفية تأثير البيئة على أجهزة قياس الرنين المغناطيسي. تعمل الورقة الجديدة التي أعدها فيزيائيو IoP/GRAPPA على سد هذه الفجوة بالنسبة لفئة واسعة من البيئات. ويقدم الأول النسبية تماما الإطار – بمعنى أنه يستخدم نظرية أينشتاين للجاذبية بالكامل، بدلاً من التقريبات الأبسط المستندة إلى الجاذبية النيوتونية – لوصف كيفية تعديل المناطق المحيطة بثقب أسود ضخم لمدار EMRI وموجات الجاذبية الناتجة.

تركز الدراسة بشكل خاص على التركيزات الكثيفة من المادة المظلمة – والتي تسمى غالبًا “النتوءات” أو “التلال” – والتي قد تتشكل حول الثقوب السوداء الضخمة. ومن خلال دمج وصفهم النسبي الجديد في نماذج الشكل الموجي الحديثة، يوضح المؤلفون كيف ستترك هذه الهياكل بصمة قابلة للقياس على الإشارات التي تسجلها أجهزة الكشف المستقبلية. يمثل هذا العمل خطوة أساسية في برنامج طويل المدى يهدف إلى استخدام موجات الجاذبية لرسم خريطة توزيع المادة المظلمة في الكون وإلقاء الضوء على طبيعتها الأساسية.

المرجع: “المعالجة النسبية الكاملة للأجزاء الملزمة ذات نسبة الكتلة المتطرفة في البيئات الخالية من التصادمات” بقلم رودريغو فيسنتي، وثيوفانيس ك. كاريداس، وجيانفرانكو بيرتوني، 17 نوفمبر 2025، رسائل المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/s4wh-x6c4

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.