ماهي المادة المظلمة وكيف تؤثر على بنية المجرات؟

إذا سألنا أنفسنا ، مما يتكون الكون ؟

بحسب أكثر الفرضيات انتشارا حتى الان فكل شيء نراه بأعيننا ونرصده على الأرض وفي الفضاء لا يشكل سوى 5% من الكون اما الباقي هو اما طاقة مظلمة 68% أو مادة مظلمة 27% ماهي المادة المظلمة ومالذي جعل العلماء يفترضون وجودها؟

افترض العلماء وجود المادة المظلمة بسبب عدم تطابق النموذج النظري الحالي مع بعض ما تم رصده من مشاهدات فلكية ،احدى هذه التناقضات حدثت مع العالمة فيرا روبن عندما حاولت قياس سرعات النجوم في المجرات الأخرى لكن الغريب أن النجوم في حواف المجرة تتحرك بسرعة أكبر مما هو متوقع نظريا (حسب توقعاتنا كلما ابتعدت الاجسام عن المركز تتناقص سرعتها المدارية هذا تماما ما يحصل في النظام الشمسي كلما كان الكوكب أبعد عن الشمس كانت سرعته المدارية أقل ) و للتوفيق بين ملاحظاتها وقانون الجاذبية ، اقترحت وجود المادة مظلمة .دعونا نتعرف على طبيعة هذه المادة .

تشكل المادة المظلمة 84.5% من المادة الكلية في الكون بينما تشكل المادة المعروفة 15.5%. .

يتم الكشف عن المادة المظلمة عن طريق مفعول العدسات التثاقلية (تحدثنا عنه في النسبية العامة -1-) ، فللمادة المظلمة جاذبية كبيرة تسبب انحناء الضوء وكأنها عدسة .

لا يمكن رؤية هذه المادة بواسطة المناظير لأنها لا تصدر ولا تمتص الضوء أو باقي الأشعة الكهرومغناطيسية (لذلك سميت مادة مظلمة).كما أنها ليست مادة مضادة لأنها لا تصدر أشعة غاما كالتي تصدرها المادة المضادة عند اتحادها مع المادة.

اعتقد في البداية أن المادة المظلمة مكونة من مواد باريونية كالمواد التقليدية (بروتونات و نترونات) الا أنها لا تصدر أشعة كهرومغناطيسية . ولكن تبين أن نسبة ضئيلة جدا من المادة المظلمة مكون من المادة الباريونية المظلمة وأن النسبة الأكبر للمادة المظلمة يكون غير باريوني (الكترونات – نترينو – وجسيمات اخرى غير مكتشفة).

قسم العلماء الأجسام التي من المحتمل أن تكوّن مادة مظلمة الى نوعين:

- Massive Compact Halo Objects أو اختصارا MACHOs وتعني الأجسام الهالية المضغوطة الثقيلة: ربما كلمة الهالية تدعو للاستغراب لأنه وكما قلنا المادة المظلمة لا تصدر أشعة ضوئية فمن أين أتت هذه الصفة. نقصد بالهالية المكان الذي تشغله هذه الأجسام في المجرات ، فهالة المجرة هي المنطقة الكروية التي تحوي قرص المجرة ،وهناك تكمن معظم المادة المظلمة. تتكون الأجسام الهالية من نفس مكونات المادة التي نعرفها (نترونات ،بروتونات التي تشكل الذرات) على عكس باقي أنواع المادة المظلمة .

أهم الأمثلة عن الأجسام التي تتألف من الـ MACHOs النجوم النترونية الأقزام البنية، الأقزام البيضاء، الثقوب السوداء (ليست كل الثقوب السوداء مكونة من مادة مظلمة جزء بسيط فقط.

- weakly interacting massive particles أو اختصاراً WIMPs وتعني جسيمات ثقيلة ضعيفة التفاعل : هي جسيمات يتضح من اسمها أنها تتفاعل عن طريق القوة النووية الضعيفة ، ولها أنواع مختلفة أهمها:

-النترلينو neutralino : نوع من الجسيمات تم اقتراحه كجزء من نظرية فيزيائية تعرف بالتناظر الفائق وهي احدى المحاولات لتوحيد القوى المعروفة في الفيزياء. النترلينو ذو كتلة كبيرة (30 الى 5000 مرة من كتلة البروتون.

تجري الان تجارب لرصد تشكل هذه الجسيمات في مصادمات الجسيمات كما يتم في مصادم الهادرونات الكبير في CERN حاليا.

المصادر:

هنا

هنا

حقوق الصورة: Visualization by Ralf Kaehler، Oliver Hahn and Tom Abel (KIPAC))