المادة المظلمة تعتبر المادة الغامضة التي تملأ الكون ولكن لم يرها أحد من قبل. تشكل المادة المظلمة حوالي 27٪. وأكثر من 80٪ من كل مادة في الكون تتكون من مواد لم يسبق لعلماء رؤيتها. إنها تسمى المادة المظلمة ونفترض أنها موجودة فقط لأنه بدونها ، لن يكون لسلوك النجوم والكواكب والمجرات معنى. هذا ما نعرفه عنها ، أو بالأحرى ، ما نعتقد أننا نعرفه.

ما هي المادة المظلمة؟

المادة المظلمة غير مرئية تمامًا. لا تصدر أي ضوء أو طاقة وبالتالي لا يمكن اكتشافها بواسطة أجهزة الاستشعار وأجهزة الكشف التقليدية. يعتقد العلماء أن مفتاح طبيعتها الغامضة يجب أن يكمن في تكوينها.

تتكون المادة المرئية ، والتي تسمى أيضًا المادة الباريونية ، من الباريونات . وهو اسم شامل للجسيمات دون الذرية مثل البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. يتكهن العلماء فقط بما تتكون المادة المظلمة. يمكن أن تتكون من باريونات ولكنها قد تكون أيضًا غير باريونية ، وهذا يعني أنها تتكون من أنواع متنوعة من الجسيمات.

من اكتشف المادة المظلمة؟

في نهاية القرن التاسع عشر ، بدأ علماء الفلك في التكهن بمواد غير مرئية . إما النجوم الخافتة أو الغاز والغبار المنتشرة في جميع أنحاء الكون. بدأ الباحثون حتى في تقدير كتلته ، وفقًا لمراجعة عام 2018 في مجلة Reviews of Modern Physics. اعتقد معظمهم أن هذه المادة الغامضة كانت مكونًا ثانويًا للكتلة الكلية في الكون.

لم يلاحظ عالم الفلك السويسري الأمريكي فريتز زويكي حتى عام 1933 أن المجرات البعيدة كانت تدور حول بعضها البعض بشكل أسرع بكثير مما يمكن أن يكون ممكنًا . من النظر إلى المادة المرئية الموجودة في التلسكوبات. وكتب في ورقة بحثية نُشرت في مجلة Helvetica Physica Acta . وفي ذلك العام: “إذا تم تأكيد ذلك ، فسنحصل على النتيجة المفاجئة بأن المادة المظلمة موجودة بكمية أكبر بكثير من المادة المضيئة”.

مكونات المادة المظلمة مثل ما يقول العلماء

يعتقد معظم العلماء أن المادة المظلمة تتكون من مادة غير باريونية. يُعتقد أن WIMPS (الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل). والمرشح الرئيسي لها كتلة من عشرة إلى مائة ضعف كتلة البروتون ، لكن تفاعلاتها الضعيفة مع المادة “الطبيعية” تجعل من الصعب اكتشافها. النيوترالينوس ، وهي جسيمات افتراضية ضخمة أثقل وأبطأ من النيوترينوات ، هي المرشح الأول ، على الرغم من أنه لم يتم رصدها بعد. النيوترينوات المعقمة مرشح آخر. النيوترينوات هي جزيئات لا تشكل مادة عادية. يتدفق نهر من النيوترينوات من الشمس ، ولكن لأنها نادرًا ما تتفاعل مع المادة الطبيعية ، فإنها تمر عبر الأرض وسكانها. هناك ثلاثة أنواع معروفة من النيوترينوات . والرابع ، وهو النيوترينو المعقم ، يُقترح كمرشح للمادة المظلمة. لن يتفاعل النيوترينو المعقم إلا مع المادة العادية من خلال الجاذبية.

لماذا نعتقد أن هناك مادة مظلمة؟

لكن إذا لم نتمكن من رؤية المادة المظلمة ، فكيف نعرف أنها موجودة. فالجواب هو الجاذبية ، القوة التي تمارسها أجسام مصنوعة من مادة تتناسب مع كتلتها. منذ عشرينيات القرن الماضي ، افترض علماء الفلك أن الكون يجب أن يحتوي على مادة أكثر مما يمكننا رؤيته لأن قوى الجاذبية التي يبدو أنها تلعب دورًا في الكون تبدو ببساطة أقوى مما يمكن أن تفسرها المادة المرئية وحدها.

قال بيتر فان دوكوم ، الباحث في جامعة ييل ، في بيان. “تخبرك حركات النجوم بكمية المادة الموجودة”. “إنهم لا يهتمون بشكل الأمر ، لكنهم فقط يقولون لك أنه موجود.”

توقع علماء الفلك الذين درسوا المجرات الحلزونية في السبعينيات أن يروا مادة في المركز. وتتحرك أسرع من الحواف الخارجية. وبدلاً من ذلك ، وجدوا أن النجوم في كلا الموقعين تتحرك بالسرعة نفسها . مما يشير إلى احتواء المجرات على كتلة أكبر مما يمكن رؤيته.

من أين تأتي المادة المظلمة؟

يبدو أن المادة المظلمة منتشرة عبر الكون في نمط يشبه الشبكة ، حيث تتشكل مجموعات المجرات عند العقد حيث تتقاطع الألياف. من خلال التحقق من أن الجاذبية تعمل بنفس الطريقة داخل وخارج نظامنا الشمسي ، يقدم الباحثون أدلة إضافية على توفر المادة المظلمة. الأمور أكثر تعقيدًا ، فبالإضافة إلى المادة المظلمة . يبدو أن هناك أيضًا طاقة مظلمة ، وهي قوة غير مرئية مسؤولة عن تمدد الكون والتي تعمل ضد الجاذبية.

لكن من أين تأتي المادة المظلمة. الجواب الواضح هو أننا لا نعرف. لكن هناك بعض النظريات. تجادل دراسة نُشرت في ديسمبر 2021 في مجلة الفيزياء الفلكية بأن المادة المظلمة قد تتركز في الثقوب السوداء . والبوابات القوية التي لا تؤدي إلى أي شيء بسبب قوة جاذبيتها الشديدة تلتهم كل شيء في جوارها. على هذا النحو ، فإن المادة المظلمة قد تكونت في الانفجار العظيم مع جميع العناصر المكونة للكون كما نراها اليوم.

ما أهمية دراسة العلماء للمادة المظلمة؟

بما أننا لا نستطيع رؤية المادة المظلمة ، فهل يمكننا دراستها بالفعل فهناك طريقتان لمعرفة المزيد عن هذه الأشياء الغامضة. يدرس علماء الفلك توزيع المادة المظلمة في الكون من خلال النظر في تجميع المواد وحركة الأجسام في الكون. من ناحية أخرى ، يسعى فيزيائيو الجسيمات. للكشف عن الجسيمات الأساسية التي تشكل المادة المظلمة.

تقوم تجربة على محطة الفضاء الدولية تسمى مطياف ألفا المغناطيسي (AMS). بالكشف عن المادة المضادة في الأشعة الكونية. منذ عام 2011 ، تعرضت لأكثر من 100 مليار من الأشعة الكونية ، مما وفر رؤى رائعة حول تكوين الجسيمات التي تعبر الكون.

هل الطاقة المظلمة شيء مختلف

تشكل الطاقة المظلمة ما يقرب من 68٪ من الكون ويبدو أنها مرتبطة بالفراغ في الفضاء. يتم توزيعها بالتساوي في جميع أنحاء الكون ، ليس فقط في الفضاء ولكن أيضًا في الوقت المناسب . بمعنى آخر ، لا يتم تخفيف تأثيرها مع توسع الكون. يعني التوزيع المتساوي أن الطاقة المظلمة ليس لها أي تأثيرات جاذبية محلية ، بل لها تأثير عالمي على الكون ككل. هذا يؤدي إلى قوة دافعة تميل إلى تسريع تمدد الكون. يمكن قياس معدل التمدد والتسارع من خلال الملاحظات القائمة على قانون هابل. أكدت هذه القياسات ، جنبًا إلى جنب مع البيانات العلمية الأخرى ، وجود الطاقة المظلمة وقدمت تقديرًا لمدى وجود هذه المادة الغامضة.

لماذا تظل المادة المظلمة لغزا

لم تكن المسوحات التلسكوبية قادرة على العثور على ما يكفي من الأجسام المدمجة الصغيرة. لتفسير هذا الوفرة الهائلة من المواد. يعتقد معظم علماء الفلك المعاصرين أن المادة المظلمة تتكون على الأرجح من جسيمات دون ذرية. لها خصائص تختلف نوعًا ما عن البروتونات والنيوترونات الأكثر شيوعًا.

يُطلق على المرشح السائد للمادة المظلمة اسم الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل أو WIMP. لم يتم العثور على هذه الكيانات التخمينية في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات . الذي يصف جميع الجسيمات والقوى تقريبًا. ستكون WIMPs أكثر تشابهًا مع النيوترينو الشبحي ، إلا أنها تزن 10 إلى 100 مرة أكثر من البروتون. كتل النيوترينوات الدقيقة غير معروفة لكنها أخف بكثير من الإلكترونات.