كتب – رامز يوسف
كانت المادة المظلمة دائمًا واحدة من أكبر الألغاز في الفيزياء الفلكية. وبينما لا يمكننا رؤيتها مباشرة، فإن معظم العلماء متأكدون من وجودها بسبب جاذبيتها على المجرات.
وقد تكون نظرية “الانفجار العظيم المظلم” لديها الإجابة.
ماذا لو جاءت المادة المظلمة من انفجار عظيم منفصل، وهو نوع من التكرار الكوني الذي حدث بعد الانفجار العظيم الأصلي الذي نعرفه جميعًا؟
يلقي الأستاذ المساعد كوزمين إيلي والباحث الطالب ريتشارد كيسي ضوءًا جديدًا على هذا اللغز الكوني، إذ استكشفا فكرة مثيرة للاهتمام قد تغير كيفية فهمنا لأصول المادة المظلمة.
نظرية الانفجار العظيم المظلم
يعتمد عمل الباحثين في جامعة كولجيت على مفهوم اقترحه العالمان كاثرين فريز ومارتن وينكلر من جامعة تكساس في أوستن.
في عام 2023، اقترح فريز ووينكلر أن المادة المظلمة قد يكون لها قصة أصل خاصة بها – حدث منفصل يطلقان عليه “الانفجار الكبير المظلم”.
ربما حدث هذا بعد فترة وجيزة من الانفجار الكبير التقليدي، مضيفًا فصلًا جديدًا إلى تاريخ الكون المبكر.
عادةً، نفكر في الانفجار الكبير باعتباره الحدث المفرد الذي خلق كل المادة، بما في ذلك المادة المظلمة. لكن هذه النظرية الجديدة تقترح أن المادة المظلمة ولدت من عملية مميزة.
إنه ينطوي على مجال كمي يتفاعل فقط مع القطاع المظلم ويبدأ محاصرًا في حالة فراغ زائفة.
عندما تتحلل، يمكن أن تنتج جزيئات المادة المظلمة انفجار طاقة يشبه الانفجار الكبير الثاني.
فهم المادة المظلمة
عندما ننظر إلى كيفية دوران المجرات أو كيف ينحني الضوء حول الأجسام الضخمة (ظاهرة تسمى العدسة الجاذبية)، نلاحظ أن الأشياء لا تتراكم ما لم تكن هناك كتلة غير مرئية تمارس جاذبية إضافية.
كان العلماء حائرين بشأن ماهية المادة المظلمة في الواقع. إنها ليست مصنوعة من نفس الجسيمات التي تتكون منها النجوم والكواكب ونحن.
لا تتفاعل مع القوى الكهرومغناطيسية، ولهذا السبب لا تتوهج أو تعكس أو تحجب الضوء.
فكر فيها كإطار غير مرئي يربط المجرات معًا. بدون المادة المظلمة، ربما تطير المجرات بعيدًا لأنه لا يوجد ما يكفي من الكتلة المرئية للحفاظ عليها سليمة.
لذا، في حين لا يمكننا رؤية المادة المظلمة بشكل مباشر، فإن بصماتها الجاذبية موجودة في كل مكان في الكون.
ما هو الانفجار العظيم بالضبط؟
تقترح هذه النظرية أن كل ما نراه اليوم – من أصغر الجسيمات إلى أكبر المجرات – بدأ من حالة ساخنة وكثيفة لا يمكن تصورها منذ حوالي 13.8 مليار سنة.
في تلك اللحظة، لم ينفجر الكون في الفضاء؛ بل بدأ الفضاء نفسه في التوسع. كل المادة والطاقة والفضاء وحتى الوقت جاء إلى الوجود وبدأ في التمدد للخارج.
فكر في الأمر على هذا النحو: كان الكون مضغوطًا ذات يوم إلى نقطة أصغر من الذرة، ثم بدأ في التوسع والتبريد.
سمح هذا التوسع للجسيمات بتكوين الذرات، ما أدى في النهاية إلى خلق النجوم والمجرات.
نرى دليلاً على هذا الحدث في إشعاع الخلفية الكونية الميكرويفي، والذي يشبه الوهج الخافت المتبقي من الانفجار العظيم.
المادة المظلمة والانفجار العظيم
أخذ إيلي وكيسي هذا المفهوم وركضا به. في دراستهما الأخيرة، فحصا كل الطرق التي يمكن أن يتناسب بها هذا الانفجار العظيم المظلم مع ما نعرفه بالفعل من التجارب والملاحظات.
والأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أنهما كشفا عن مجموعة من السيناريوهات التي لم يتم النظر فيها من قبل، ما فتح إمكانيات جديدة لكيفية نشوء المادة المظلمة.
وقال إيلي: “اكتشاف الموجات الثقالية الناتجة عن الانفجار العظيم المظلم يمكن أن يوفر دليلاً حاسماً لهذه النظرية الجديدة للمادة المظلمة”. ويعتقد أن التجارب القادمة يمكن أن تزودنا بالأدوات التي نحتاجها لاختبار هذه الفكرة بشكل لم يسبق له مثيل.
الموجات الثقالية والانفجار العظيم المظلم
الموجات الثقالية هي تموجات في نسيج الزمكان، ناجمة عن أحداث ضخمة مثل اندماج الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية.
قد يكون اكتشاف الموجات الثقالية الخلفية في عام 2023 بواسطة تعاون NANOGrav مرتبطًا بهذا الانفجار العظيم المظلم. إذا كانت هذه هي الحال، فقد نكون على وشك تحقيق تقدم كبير.
“مع التجارب الحالية مثل مصفوفة توقيت النجوم النابضة الدولية (IPTA) ومصفوفة الكيلومتر المربع (SKA) في الأفق، قد يكون لدينا قريبًا الأدوات اللازمة لاختبار هذا النموذج بطرق غير مسبوقة”، أضاف إيلي.
يمكن لهذه التجارب الكشف عن إشارات الموجات الثقالية المحددة التي تنبأت بها نظرية الانفجار العظيم المظلم، ما يوفر أدلة حاسمة لدعمها أو دحضها.
ماذا يعني كل هذا؟
إذا كانت نظرية الانفجار العظيم المظلم صحيحة، فقد تحدث ثورة في فهمنا للكون.
لن تشرح أصل المادة المظلمة فحسب، بل قد تمنحنا أيضًا رؤى جديدة حول اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم.
تسلط هذه النظرية الضوء على أهمية الموجات الثقالية في دراسة الكون. ومع تحسن قدرتنا على اكتشاف هذه الموجات، فقد نكتشف المزيد من الأسرار المخفية في اللحظات الأولى من الكون.
من خلال تحسين فهمنا لهذه المعلمات، قد نكتشف حتى فيزياء جديدة تتجاوز نظرياتنا الحالية.
نُشرت الدراسة الكاملة في مجلة Physical Review D.
اقرأ أيضا:
