تويت
قد تكون مجموعتنا الشمسية أكثر رعباً مما كنا نعتقد، حيث استُدل على وجود خيوط طويلة من المادة المظلمة بحسب دراسة جديدة نُشرت هذا الأسبوع في مجلة (الفيزياء الفلكية)، وقام بها (غاري بريزو Gary Prézeau) الذي يعمل في مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا في باسادينا – كاليفورنيا.
المادة المظلمة هي مادة خفية وغامضة تشكل قرابة 27% من مجمل المادة والطاقة الموجودتين في الكون، وتشكل المادة العادية التي تكوّن كل ما نراه حولنا 5% من مجمل الكون فقط، أما الباقي فهو عبارة عن طاقة مظلمة، وهي ظاهرة غريبة مرتبطة بتسارع توسع الكون.
لم يتم الكشف عن المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة بشكل مباشر حتى اللحظة، على الرغم من وجود تجارب عديدة تحاول كشف ألغازها، سواء كان ذلك في أعماق الأرض أم في الفضاء.
بناءاً على مراقبات عديدة لقوة جاذبيتها أثناء عملها، تأكد العلماء من وجود المادة المظلمة، وقد قاموا بقياس كميتها في الكون بنسبة خطأ لا تتعدى الواحد بالمائة. والنظرية الرائدة في هذا المجال تنص على أن المادة المظلمة “باردة”، أي أنها لا تتحرك بشكل كبير، وهي “مظلمة” بمعنى أنها لا تصدر الضوء ولا تتفاعل معه.
تتشكل المجرات، التي تحتوي على نجوم تتكوّن من المادة العادية، بسبب تذبذبات في تركيز المادة المظلمة، وتلعب الجاذبية دور الغِراء الذي يقوم بربط المادة العادية والمادة المظلمة في المجرات معاً.
وطبقاً لحسابات أجريت في تسعينات القرن الماضي، ولعمليات محاكاة أجريت في العقد الأخير، تنتظم المادة المظلمة على شكل “تيارات ممشطة ومرتبة جيدًا” من جزيئات تتحرك جميعها بالسرعة ذاتها وتدور حول مجرات كمجرتنا.
يقول بريزو: “قد يصل حجم بعض من تيارات الجسيمات تلك إلى مقدار أكبر من مجموعتنا الشمسية، وهناك تيارات عديدة تجتاز المجرات المجاورة لنا جيئة وذهاباً”
يقوم بريزو بتشبيه تشكّل تيارات الحبيبات الدقيقة للمادة المظلمة لعملية مزج مثلجات الشوكولا والفانيلا، فإذا قمت بتحريك ملعقة من كل منهما معاً بحركة دائرية وستحصل على أنماط متداخلة.
يقول بريزو: “حين تتفاعل الجاذبية مع سحابات المادة المظلمة الباردة أثناء تشكل المجرات، تتابع جميع الجسيمات حركتها بالسرعة ذاتها”.
لكن ماذا يحدث حين يقترب أحد تلك التيارات من كوكب كالأرض؟ قام بريزو بالاستعانة بمحاكاة حاسوبية لمعرفة النتيجة.
وجد في نتيجة تحليله أنه عندما يخترق تيار من المادة المظلمة كوكباً ما، تقوم الجسيمات المشكّلة له بالاصطفاف على هيئة شعيرات كثيفة للغاية. وفي الواقع لا بد من وجود شعيرات عديدة كهذه منبثقة من الأرض.
لا يمكن لتيار مشابه من جسيمات المادة العادية اختراق الأرض من طرف والخروج من الطرف الآخر. لكن بالنسبة للمادة المظلمة، لا يشكل كوكب الأرض أي عائق، بحسب عمليات المحاكاة التي أجرها بريزو، تقوم جاذبية الأرض بحني وتركيز تيار جزيئات المادة المظلمة بحيث يشكل شعيرة كثيفة وضيقة.
تمتلك الشعيرات المنبثقة من الكواكب “جذوراً”، وهي المناطق ذات التركيزات الأعلى من المادة المظلمة ضمن الشعيرة، و”أطرافاً”، وهي نقطة نهاية الشعيرة. وعندما تمر جسيمات تيار المادة المظلمة عبر مركز الأرض، تقوم بالتركز في “جذر” الشعيرة حيث تكون كثافة الجسيمات أكثر من المتوسط بمليار مرة، ويقع جذر شعيرة كتلك على بعد مليون كيلومتر من سطح الأرض، ما يعادل حوالي ضعفي المسافة بين القمر وسطح الأرض. وستشكل الجسيمات التي تشق سطح الأرض خارجة منها طرف الشعيرة، وتكون أكثر بعداً عن سطح الأرض من جذر الشعيرة بمرتين.
ويقول (بريزو): “في حال استطعنا تحديد مكان جذور الشعيرات هذه، قد يكون من الممكن إرسال مسبارات إلى ذلك المكان واستخراج كميات هائلة من البيانات المتعلقة بالمادة المظلمة”.
في حال مر تيار مماثل عبر كوكب المشتري فستتشكل جذور أكثر كثافة من هذا، حوالي تريليون ضعف الكثافة الأصلية للشعيرة، وذلك بحسب المحاكاة التي أجراها بريزو.
وقال كبير العلماء في مديرية الفلك والفيزياء والتكنولوجيا التابعة لمختبر الدفع النفاث، تشارلز لورنس: “قامت المادة المظلمة بتفادي جميع المحاولات التي أجريت لرصدها طوال ثلاثين عاماً، ستكون جذور شعيرات المادة المظلمة مكاناً مشوقاً للبحث، نظراً لكثافتها غير الاعتيادية هناك”.
وهنالك اكتشاف آسر متعلق بالمحاكاة الحاسوبية التي أجريت، وهو أن التغيرات في الكثافة التي نراها داخل الأرض، من اللب الداخلي إلى اللب الخارجي إلى الغطاء وصولاً إلى القشرة، سوف تنعكس في الشعيرات، وسنرى انثناءات فيها تتطابق مع الانتقالات بين الطبقات المختلفة لكوكب الأرض.
نظرياً، في حال كان من الممكن الحصول على تلك المعلومات، سيتمكن العلماء من الاستعانة بشعيرات المادة المظلمة الباردة لوضع مخطط يبرز الطبقات المكونة لأي جسم كوكبي.
ولكن ستكون هناك حاجة لمزيد من الدراسات بغية دعم هذه الاكتشافات وحل الألغاز المتعلقة بطبيعة المادة المظلمة.
المادة المظلمة هي مادة خفية وغامضة تشكل قرابة 27% من مجمل المادة والطاقة الموجودتين في الكون، وتشكل المادة العادية التي تكوّن كل ما نراه حولنا 5% من مجمل الكون فقط، أما الباقي فهو عبارة عن طاقة مظلمة، وهي ظاهرة غريبة مرتبطة بتسارع توسع الكون.
لم يتم الكشف عن المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة بشكل مباشر حتى اللحظة، على الرغم من وجود تجارب عديدة تحاول كشف ألغازها، سواء كان ذلك في أعماق الأرض أم في الفضاء.
بناءاً على مراقبات عديدة لقوة جاذبيتها أثناء عملها، تأكد العلماء من وجود المادة المظلمة، وقد قاموا بقياس كميتها في الكون بنسبة خطأ لا تتعدى الواحد بالمائة. والنظرية الرائدة في هذا المجال تنص على أن المادة المظلمة “باردة”، أي أنها لا تتحرك بشكل كبير، وهي “مظلمة” بمعنى أنها لا تصدر الضوء ولا تتفاعل معه.
تتشكل المجرات، التي تحتوي على نجوم تتكوّن من المادة العادية، بسبب تذبذبات في تركيز المادة المظلمة، وتلعب الجاذبية دور الغِراء الذي يقوم بربط المادة العادية والمادة المظلمة في المجرات معاً.
وطبقاً لحسابات أجريت في تسعينات القرن الماضي، ولعمليات محاكاة أجريت في العقد الأخير، تنتظم المادة المظلمة على شكل “تيارات ممشطة ومرتبة جيدًا” من جزيئات تتحرك جميعها بالسرعة ذاتها وتدور حول مجرات كمجرتنا.
يقول بريزو: “قد يصل حجم بعض من تيارات الجسيمات تلك إلى مقدار أكبر من مجموعتنا الشمسية، وهناك تيارات عديدة تجتاز المجرات المجاورة لنا جيئة وذهاباً”
يقوم بريزو بتشبيه تشكّل تيارات الحبيبات الدقيقة للمادة المظلمة لعملية مزج مثلجات الشوكولا والفانيلا، فإذا قمت بتحريك ملعقة من كل منهما معاً بحركة دائرية وستحصل على أنماط متداخلة.
يقول بريزو: “حين تتفاعل الجاذبية مع سحابات المادة المظلمة الباردة أثناء تشكل المجرات، تتابع جميع الجسيمات حركتها بالسرعة ذاتها”.
لكن ماذا يحدث حين يقترب أحد تلك التيارات من كوكب كالأرض؟ قام بريزو بالاستعانة بمحاكاة حاسوبية لمعرفة النتيجة.
وجد في نتيجة تحليله أنه عندما يخترق تيار من المادة المظلمة كوكباً ما، تقوم الجسيمات المشكّلة له بالاصطفاف على هيئة شعيرات كثيفة للغاية. وفي الواقع لا بد من وجود شعيرات عديدة كهذه منبثقة من الأرض.
لا يمكن لتيار مشابه من جسيمات المادة العادية اختراق الأرض من طرف والخروج من الطرف الآخر. لكن بالنسبة للمادة المظلمة، لا يشكل كوكب الأرض أي عائق، بحسب عمليات المحاكاة التي أجرها بريزو، تقوم جاذبية الأرض بحني وتركيز تيار جزيئات المادة المظلمة بحيث يشكل شعيرة كثيفة وضيقة.
تمتلك الشعيرات المنبثقة من الكواكب “جذوراً”، وهي المناطق ذات التركيزات الأعلى من المادة المظلمة ضمن الشعيرة، و”أطرافاً”، وهي نقطة نهاية الشعيرة. وعندما تمر جسيمات تيار المادة المظلمة عبر مركز الأرض، تقوم بالتركز في “جذر” الشعيرة حيث تكون كثافة الجسيمات أكثر من المتوسط بمليار مرة، ويقع جذر شعيرة كتلك على بعد مليون كيلومتر من سطح الأرض، ما يعادل حوالي ضعفي المسافة بين القمر وسطح الأرض. وستشكل الجسيمات التي تشق سطح الأرض خارجة منها طرف الشعيرة، وتكون أكثر بعداً عن سطح الأرض من جذر الشعيرة بمرتين.
ويقول (بريزو): “في حال استطعنا تحديد مكان جذور الشعيرات هذه، قد يكون من الممكن إرسال مسبارات إلى ذلك المكان واستخراج كميات هائلة من البيانات المتعلقة بالمادة المظلمة”.
في حال مر تيار مماثل عبر كوكب المشتري فستتشكل جذور أكثر كثافة من هذا، حوالي تريليون ضعف الكثافة الأصلية للشعيرة، وذلك بحسب المحاكاة التي أجراها بريزو.
وقال كبير العلماء في مديرية الفلك والفيزياء والتكنولوجيا التابعة لمختبر الدفع النفاث، تشارلز لورنس: “قامت المادة المظلمة بتفادي جميع المحاولات التي أجريت لرصدها طوال ثلاثين عاماً، ستكون جذور شعيرات المادة المظلمة مكاناً مشوقاً للبحث، نظراً لكثافتها غير الاعتيادية هناك”.
وهنالك اكتشاف آسر متعلق بالمحاكاة الحاسوبية التي أجريت، وهو أن التغيرات في الكثافة التي نراها داخل الأرض، من اللب الداخلي إلى اللب الخارجي إلى الغطاء وصولاً إلى القشرة، سوف تنعكس في الشعيرات، وسنرى انثناءات فيها تتطابق مع الانتقالات بين الطبقات المختلفة لكوكب الأرض.
نظرياً، في حال كان من الممكن الحصول على تلك المعلومات، سيتمكن العلماء من الاستعانة بشعيرات المادة المظلمة الباردة لوضع مخطط يبرز الطبقات المكونة لأي جسم كوكبي.
ولكن ستكون هناك حاجة لمزيد من الدراسات بغية دعم هذه الاكتشافات وحل الألغاز المتعلقة بطبيعة المادة المظلمة.