المادة المظلمة.. ما هي وكيف ثبت وجودها؟

أكثر من 80٪ من مادة الكون تتكون من مواد لم يسبق للعلماء رؤيتها. إنها تسمى المادة المظلمة ونفترض أنها موجودة فقط لأنه بدونها، لن يكون لسلوك النجوم والكواكب والمجرات معنى. تابع قراءة السطور التالية للتعرّف أكثر على المادة المظلمة.

ما هي المادة المظلمة؟

المادة المظلمة هي مادة غير مرئية تمامًا. لا يصدر عنها أي ضوء أو طاقة وبالتالي لا يمكن اكتشافها بواسطة أجهزة الاستشعار وأجهزة الكشف التقليدية. يعتقد العلماء أن مفتاح طبيعتها المراوغة يكمن في تكوينها.

تتكون المادة المرئية، والتي تسمى أيضًا المادة الباريونية، من الباريونات، وهو اسم شامل للجسيمات دون الذرية مثل البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. بينما يتكهن العلماء فقط بما تتكون المادة المظلمة. يمكن أن تتكون من باريونات ولكنها قد تكون أيضًا غير باريونية، وهذا يعني أنها تتكون من أنواع مختلفة من الجسيمات. يعتقد معظم العلماء أن المادة المظلمة تتكون من مادة غير باريونية. النيوترالينوس، وهي جسيمات افتراضية ضخمة أثقل وأبطأ من النيوترينوات، هي المرشح الأول كمكون للمادة المظلمة، على الرغم من أنه لم يتم رصدها بعد. النيوترينوات المعقمة مرشح آخر، وهي جزيئات لا تشكل مادة عادية.

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

يقول بيتر فان دوكوم، الباحث في جامعة ييل: "تخبرك حركات النجوم بكمية المادة الموجودة، قد لا يوضحون شكلها أو طبيعة تكوينها، لكنهم فقط يقولون لك أنها موجودة."

توقع علماء الفلك الذين درسوا المجرات الحلزونية في السبعينيات أن يروا مادة في المركز تتحرك 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.

كما أشارت دراسات الغاز داخل المجرات الإهليلجية إلى الحاجة إلى كتلة أكبر من تلك الموجودة في الأجسام المرئية. سوف تتباعد عناقيد المجرات إذا كانت الكتلة الوحيدة التي تحتوي عليها هي الكتلة المرئية للقياسات الفلكية التقليدية.

يبدو أن المجرات المختلفة تحتوي على كميات مختلفة من المادة المظلمة. في عام 2016، وجد فريق بحثي مجرة ​​تسمى Dragonfly 44 ، والتي يبدو أنها تتكون بالكامل تقريبًا من مادة مظلمة. من ناحية أخرى، اكتشف علماء الفلك في عام 2018 العديد من المجرات التي يبدو أنها تفتقر إلى المادة المظلمة تمامًا.

اكتشاف المادة المظلمة

في حين يتم تصوير المادة المظلمة غالبًا على أنها فكرة حديثة تمت إضافتها ببساطة إلى ملاحظات علماء الفلك، إلا أنها في الواقع لها تاريخ يمتد لأكثر من قرن، وقد تم تحسين نظرية المادة المظلمة بعد أن تعلمنا المزيد عن كوننا.

يمكن إرجاع أصول المادة المظلمة إلى القرن السابع عشر. بعد وقت قصير من تقديم إسحاق نيوتن لنظريته عن الجاذبية العالمية، بدأ بعض علماء الفلك في التكهن بوجود أجسام قد تصدر القليل من الضوء أو لا تصدر أي ضوء، ولكن لا يزال من الممكن معرفتها من خلال قدرة جاذبيتها للأجسام الساطعة مثل النجوم والكواكب. تم تعزيز هذه الفكرة في القرن الثامن عشر الميلادي عندما جادل بيير لابلاس بأن بعض الأجسام قد تكون ضخمة بما يكفي لاحتجاز أي ضوء ينبعث منها، قد يكون الثقب الأسود نموذجاً مبسطاً لهذه الفكرة. وبحلول القرن التاسع عشر استخدم أوربان لوفيرييه وجون كوتش آدامز شذوذ الجاذبية في حركة أورانوس للتنبؤ بوجود نبتون. عند هذه النقطة، أظهر علماء الفلك وجود سدم مظلمة، لا تُرى إلا من خلال الضوء الذي يمتصونه من الأجسام الساطعة خلفهم. كان من الواضح أن هناك في الكون أكثر مما يمكن رؤيته بالضوء المرئي.

يمكن إرجاع مفهومنا الحديث عن المادة المظلمة كمساهم رئيسي في كتلة المجرة إلى فريتز زويكي، الذي درس في عام 1933 حركة المجرات داخل مجموعة كوما/ الغيبوبة. عنقود كوما هو عنقود مجري فائق يحتوي على أكثر من 1000 مجرة.

لغز المادة المظلمة

المادة المظلمة هي واحدة من أعظم الألغاز التي لم يتم حلها في علم الفلك الحديث. لقد وصلنا إلى النقطة التي نعرف فيها أن معظم المادة في الكون مصنوعة من مادة تتفاعل بشكل ضعيف مع الضوء، ولكنها تقود الكثير من تفاعلات الجاذبية بين المجرات.

المادة كما نعرفها، الذرات والنجوم والكواكب والأشجار والصخور ونحن، تمثل أقل من 5٪ من الكون المعروف. الباقي لا يزال إلى حد ما لغزًا.

يعتقد علماء الفلك وعلماء الكون أن حوالي 25 % من كوننا مصنوعاً من هذه المادة المظلمة، والباقي، حوالي 70%، هو ما يعرف بالطاقة المظلمة.