| علم الكون الفيزيائي |
|
| مواضيع متعلقة |
في علم الكون، المادة المظلمة مصطلح يشير إلى جسيمات مادية مجهولة، ذات تركيب غير محدد بعد، لا تبعث و لا تعكس أي إشعاع كهرومغناطيسي لكي يمكن رصدها بشكل مباشر، لكن يمكن الاستدلال على وجودها من خلال تأثيراتها الثقالية على المادة المرئية مثل النجوم و المجرات. 96% من كتلة المجرات غير مرئي لأي تلسكوب . لا نعرف لماذا ، لكن هناك عديد من الفرضيات والأكتشافات التي من الممكن أن توضح لنا السبب .
فهرس
|
تاريخيا
بعد ثورة كوبرنيكوس و نسبية أينشتين نجد أنفسنا أمام مشهد جديد في مسيرة العلوم ، فبفضل ما توصلنا إليه خلال السنوات القليلة الماضية نعرف أن المادة "العادية" (التي تشكل كل شيء وتدخل في تركيبنا نحن البشر) ما هي إلا نسبة بسيطة من الكتلة الكلية للكون فهناك عنصر أخر يدخل في تركيبته ، عنصر ليس معروف لنا ولا يصدر عنه ضوء ، هناك آثار يمك تتبعها لكن ليس هناك ما يمكن رؤيته ...قبل أكثر من 60 سنة تنبه الفلكيون إلى أن النجوم في مجرة درب التبانة تدور حول مركز المجرة بسرعة أكبر مما تتوقعه النظريات والحسابات الفلكية, وبما أن سرعة النجوم تعتمد على الجاذبية الناتجة عن كتلة المجرة ككل ، فقد توصلالفزيائيون إلى نتيجة تقول بوجود كمية مادة أكبر من المادة المرئية لنا. تمت مراقبة نفس الأمر على مستويات أكبر ؛ فالمجرات تدور حول مركز مجموعتها بسرعة أكبر من المتوقع . " قوانين الفيزياء تحدد وبدقة متناهية كم من المادة يجب أن يوجد حتى يتم التوازن بين تحركات الأجرام والمجرات ، وهو أمر محير إكتشاف أن الكتلة الكلية للكون المرئي هي أدنى من الرقم الذي تم حسابه" يقول مورديهاي ميلجروم Mordehai Milgrom عالم الفيزياء النظرية في معهد وايزمان للعلوم في إسرائيل. المادة الغامضة لا تصدر ما يمكننا رصده حتى بواسطة أدوات رصد الإشعاعات الإلكترومغناطيسية مثل آشعة جاما أو أشعة إكس أو الأشعة تحت الحمراء, فلا يمكننا معرفة تكوينها لأنه لاتوجد أية طريقة تمكننا من ذلك مع إختفائها الكامل عن كل أجهزة الرصد.
المادة المظلمة
لعبت المادة المظلمة دوراً أساسياً في تخليق النجوم في البدايات الأولى من الكون، إذا كانت المادة المظلمة على هذه الحالة، على أية حال، يجب أن يشتمل المادة المظلمة على الجزيئات المعروفة بـ" النيوترونات العقيمة" . Peter Biermann من معهد Max Planck لعلوم الفلك الإشعاعية في Bonn، و Alexander Kusensko، من جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجليس، أظهرا بأنه عندما تضمحل النيوترونات العقيمة، فإنها تسرّع عملية خلق جزيئات الهيدروجين، هذه العملية ساعدت على إضاءة النجوم الأولى فقط منذ حوالي 20 إلى 100 مليون سنة بعد الإنفجار الكبير، كل هذه المعطيات تعطينا تفسيراً بسيطاً لبعض الملاحظات المحيرة الأخرى التي تتعلق بالمادة المظلمة، النيوترونات العقيمة، والمادة المضادة
اكتشف العلماء بأن تلك النيوترونات لها كتلة خلال تجارب قياس ذبذبة النيوترونات. هذا قاد إلى إفتراضات بإن النيوترونات " العقيمة" الموجودة - هي كذلك معروفة أيضا بالنيوترونات اليمينية، وبأنها لا تشارك في التفاعلات الضغيفة مباشرة، ولكنها تتفاعل من خلال خلطها مع النيوترونات العادية.إن العدد الكلي للنيوترونات العقيمة غير واضح، إذا كانت كتلة المادة المظلمة نعادل بضعة كيلو إلكترونوفولتز ( 1 KeV تعادل مليون كتلة ذرة الهيدروجين)، فإنها توضح ضخامة الكتلة المفقودة في الكون، أحيانا ، تسمى المادة المظلمة، ودعمت ملاحظات الفلكيين الفيزيائيين وجهة نظر باحتمال بأن المادة المظلمة تشتمل على النيوترونات العقيمة.
نظرية Biermann و Kusenko
تسلط نظرية Biermann و Kusenko الضوء على عدد من الألغاز الفلكية الغير مفسرة، أولا ، وأثناء الإنفجار الكبير، كانت كتلة النيوترونات المخلوقة في الإنفجار الكبير تساوي ما نحتاجه لتفسير المادة المظلمة، ثانياً، هذه الجزيئات يمكن أن تكون الحل لمشكلة كبيرة حول لماذا تتحرك البولسرات بسرعة كبيرة.
البولسرات هي نجوم نيوترونية تدور بسرعة عالية جداً، ونشأت نتيجة لإنفجار نجم متضخم ( سوبرنوفا supernova) وتكون عادة مقذوفة في اتجاه واحد. الإنفجار أعطاهم " دفعاً قويا" ، مثل محرك صاروخ. مما يجعل البولسرات تسير بسرعات كبيرة تصل إلى مئات الكيلومترات في الثانية - وأحياناً إلى الآلاف. مصدر هذه السرعات تبقى مجهولة، لكن إشعاع النيوترونات العقيمة توضح تحركات البولسرات.
يحتوي سديم القيثارة على بولسرات سريعة جداً، إذا كانت المادة المظلمة صنعت جزيئات مؤينة في الكون - كما يقترح Biermann و Kusenko - بأن حركة البولسرات هي التي أنشأت سديم القيثارة.
ثالثا، النيوترونات العقيمة يمكن أن تساعد على توضيح إنعدام المادة المضادة في الكون. في بدايات الكون الأولى، كانت النيوترونات العقيمة " تسرق" ما يعرف بــ" ترقيمات ليبتون" من البلازما. وفي وقت لاحق، أدت قلة ترقيمات ليبتون إلى تحويلها إلى عدد غير صفري من الترقيمات البريونية. اللاتناظر الناتج بين البريونات ( مثل البروتون) والبريونات المضادة ( مثل البروتون المضاد) يمكن أن يكون السبب حول عدم وجود مادة مضادة في الكون.
يقول Peter Biermann : " إن تشكيلة الثقوب السوداء المركزية في المجرة، بالإضافة إلى التركيب القياسي للمجرات الفرعية، تعطي تفسيراً مفضلا حول النيوترونات العقيمة في المادة المظلمة. والإجماع على آراء متعددة ملتوية يقودنا إلى اتجاه واحد باعتقاد أن المادة المظلمة،في الحقيقة، هي نيوترونات عقيمة".