نشر فريق دولي من العلماء، بينهم متخصصون من جامعة بورتسموث، في اتصالات الطبيعة تسلط نتائج الدراسة الضوء على المادة المظلمة، وهي شكل غامض من المادة أكثر وفرة بخمس مرات من المادة العادية. وعلى الرغم من أنه لا يمكن رؤيته بشكل مباشر، إلا أن العلماء يكتشفون كيف يتصرف تحت تأثير القوى الفيزيائية.

وكان الغرض من الدراسة هو اختبار ما إذا كانت المادة المظلمة تخضع لنفس قوانين الفيزياء مثل المادة العادية، أو ما إذا كانت تتأثر بقوة أخرى غير معروفة. تتفاعل المادة العادية من خلال أربع قوى أساسية: الجاذبية، والكهرومغناطيسية، والقوى القوية والضعيفة على المستوى الذري. كان من المفترض أن تخضع المادة المظلمة للجاذبية فقط، لكن فرضية القوة الخامسة ظلت مفتوحة.

حفر الجاذبية كاختبار للفضاء

استخدم الباحثون آبار الجاذبية – وهي مناطق من الفضاء منحنية بواسطة أجسام ضخمة – لاختبار كيفية تصرف المادة المظلمة في ظل ظروف العالم الحقيقي.

يوضح كاميل بونفين، الأستاذ المساعد في الفيزياء النظرية بجامعة جنيف: “لقد قارنا سرعات المجرات في الكون بعمق آبار الجاذبية”.

إذا كانت هناك قوة إضافية تؤثر على المادة المظلمة، فإن حركة المجرات سوف تنحرف عن التوقعات المستندة إلى الجاذبية وحدها.

وأظهر التحليل أن المادة المظلمة تقع في آبار الجاذبية بنفس الطريقة التي تسقط بها المادة العادية، وفقا لمعادلات أويلر.

تشرح الدكتورة ناتاشا جريم من معهد علم الكونيات والجاذبية بجامعة بورتسموث: “في هذه المرحلة، النتائج التي توصلنا إليها لا تستبعد بعد وجود قوة مجهولة. ولكن إذا كانت هذه القوة الخامسة موجودة، فلا يمكن أن تتجاوز سبعة بالمائة من الجاذبية – وإلا فإنها ستظهر بالفعل في تحليلاتنا”.

DESI وخريطة الكون

في الدراسة، استخدم العلماء بيانات من أداة تحليل الطاقة المظلمة (DESI)، المثبتة على تلسكوب نيكولاس دبليو مايال ذو قطر 4 أمتار في مرصد كيت بيك الوطني. يتيح لك DESI إنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد للكون، وتتبع مواقع ملايين المجرات والأجرام السماوية الأخرى. تكشف صور DESI عن البنية واسعة النطاق للكون، بما في ذلك المناطق الأكثر كثافة، والتي تشكل أقل من 0.1% من إجمالي المشهد.

ولا تساعد هذه البيانات على رؤية توزيع المادة فحسب، بل تساعد أيضًا على فهم ديناميكيات حركة المجرات، وهو أمر مهم لتحديد أي انحرافات ناجمة عن قوة خامسة محتملة.

يقول بونفين: “إذا تعرضت المادة المظلمة لقوة إضافية، فإن المجرات المكونة في الغالب من المادة المظلمة ستقع في آبار الجاذبية بشكل مختلف عن المادة العادية”.

حدود القوة الخامسة وآفاق المستقبل

تظهر النتائج أنه في حالة وجود قوة خامسة، فهي أضعف من أن تؤثر بشكل كبير على سلوك الكون على نطاق واسع.

وتقول ناتاشا غريم: “إن بياناتنا لا تستبعد وجوده بعد، لكن تأثيره لا يتجاوز سبعة بالمائة من الجاذبية”.

ستكون الخطوة التالية هي استخدام البيانات من التجارب المستقبلية مثل المسح القديم للمكان والزمان (LSST) وقياسات DESI الجديدة، والتي يمكنها التقاط تأثيرات قوى صغيرة تصل إلى 2% من الجاذبية.

ويضيف إسحاق توتوسوس، الباحث في ICE-CSIC وIEEC، والأستاذ المشارك في IRAP في جامعة تولوز: “سيسمح لنا هذا بفهم المزيد عن طبيعة المادة المظلمة واختبار وجود القوة الخامسة على مستوى أكثر دقة”.

قيمة الافتتاح

أول دراسة منهجية لديناميات المادة المظلمة في آبار الجاذبية تفتح طريقة جديدة لدراسة هذه المادة الغامضة. في السابق، كان من المعروف أن المادة المظلمة تتفاعل فقط من خلال الجاذبية، لكن التفاصيل ظلت غير واضحة. الآن حصل العلماء على تأكيد بأنه على المستوى الكوني يتصرف مثل المادة العادية، مما يفتح إمكانية اختبار وجود قوى إضافية غير معروفة حتى الآن.

وخلصت ناتاشا جريم إلى أن “هذه النتائج تمثل أول خطوة تجريبية رئيسية في فهم المادة المظلمة. وفي السنوات المقبلة، ستسمح لنا الملاحظات الجديدة بالنظر بشكل أعمق في أسرار الكون”.