أظهرت دراسةٌ جمعت بين رصد إشعاع الخلفية الكونية الميكروي وتأثير عدسة الجاذبية الضعيفة، انحرافًا يقارب ثلاثة انحرافات معيارية لنموذجٍ يُفترض فيه انتقال الزخم بين المادة المظلمة والنيوترينوات. قد يُفسر هذا التفاعل سبب انخفاض تركيز المادة في الكون الحديث قليلًا عن المتوقع، ولكنه ليس اكتشافًا جديدًا بعد.
كل ما يمكن رؤيته مباشرة - النجوم والكواكب والغاز والغبار والمجرات - لا يمثل سوى جزء ضئيل من المادة والطاقة في الكون. معظم المادة عبارة عن المادة المظلمةالمادة المظلمة، التي لا تُصدر الضوء ولا تمتصه، والتي لا تزال هويتها المجهرية مجهولة. تشير الأبحاث الكونية الآن إلى أن المادة المظلمة قد لا تكون منفصلة تمامًا عن الجسيمات المألوفة: فقد تتفاعل معها بشكل ضعيف. النيوترينوات.
قام الباحثون بدمج قياسات إشعاع الخلفية الكونية منذ بدايات الكون مع رصدعدسة الجاذبية الضعيفة من الكون المتأخر. أظهر التحليل المُدمج تفضيلًا يقارب ثلاثة انحرافات معيارية لتفاعل غير صفري بين المادة المظلمة والنيوترينوات. قد يُساهم هذا التفاعل إلى حد ما في كبح نمو البنى الكونية والمساعدة في حل ما يُسمى بالتناقض. جهد S8.
مع ذلك، لا يُعتبر ثلاثة انحرافات معيارية اكتشافًا في الفيزياء. والنتيجة هي مؤشر إحصائي مثير للاهتمام، يعتمد على توليفة محددة من مجموعات البيانات والافتراضات المُستخدمة في النموذج. ويؤكد مؤلفو الورقة البحثية أيضًا أن البيانات غير كافية حتى الآن لاستبعاد... النموذج الكوني القياسي.
مكونان غامضان من مكونات الكون
تشكل المادة المظلمة حوالي 85% من إجمالي المادة في الكون. لم يتم رصدها بشكل مباشر في المختبر، ولكن يُستدل على وجودها من خلال تأثيرها الجاذبي على حركة النجوم والمجرات، وعلى تجمعات المجرات، وعلى كيفية تشكل البنى الكبيرة عبر التاريخ الكوني.
أما النيوترينوات، فهي جسيمات مألوفة تم قياسها بواسطة أجهزة الكشف، لكنها خفيفة للغاية وتتفاعل بشكل ضعيف جداً مع المادة العادية. وتتكون، من بين أمور أخرى، في التفاعلات النووية في الشمس، وفي الانفجارات النجمية، وفي مسرعات الجسيمات.
في النسخة القياسية من النموذج الكوني ΛCDM - نظرية المادة المظلمة الباردة - تتفاعل المادة المظلمة والنيوترينوات بشكل أساسي عبر الجاذبية. وقد تناولت الدراسة الجديدة امتدادًا لهذا النموذج حيث يحدث تشتت مباشر ضعيف بينهما أيضًا، مما يسمح بانتقال الزخم.
ما هو جهد S8؟
يصف المعامل S8 درجة تكتل المادة في الكون. وهو يجمع بين الكثافة الكلية للمادة وقوة التقلبات في كثافة المادة على نطاق كوني.
قياسات إشعاع الخلفية الكونية بواسطة مرصد الفضاء بلانك تُمكّننا هذه التقنيات من حساب كيفية نموّ البنى الكونية على مدى مليارات السنين. وعند مقارنة هذا التوقع بالقياسات التي أُجريت على الكون المتأخر باستخدام عدسات الجاذبية الضعيفة، تُشير بعض الدراسات إلى أن المادة اليوم أقل كثافة بقليل مما كان متوقعًا.
يُطلق على هذا التباين اسم توتر S8. وهو عادةً ما يكون تباينًا يتراوح بين انحرافين معياريين وثلاثة انحرافات معيارية: وهو ما يكفي لإثارة الاهتمام، ولكنه لا يكفي لتحديد خطأ النموذج الكوني. قد ينشأ هذا التباين من فيزياء جديدة، ولكنه قد ينشأ أيضًا من اختلافات في مجموعات البيانات أو من صعوبات منهجية في القياسات.
قالت الدكتورة إليونورا دي فالنتينو من جامعة شيفيلد، وهي إحدى مؤلفي الدراسة: "تشير قياسات الكون المبكر إلى أن البنى الكونية كان ينبغي أن تنمو على نطاق أوسع مما نراه اليوم". وأضافت أن التفاعل المحتمل بين المادة المظلمة والنيوترينوات قد يقلل من درجة التكتل، مما يُقرّب نتائج الكون المبكر والمتأخر من بعضها البعض. ([جامعة شيفيلد][3])
دمج الملاحظات من فترات مختلفة
ولإجراء التحليل، استخدم الباحثون بيانات إشعاع الخلفية الكونية من مرصد بلانك الفضائي وعلم الكونيات أتاكاما، إقليم العاصمة الأسترالية. قدم بلانك معلومات بشكل رئيسي عن المقاييس الزاوية الكبيرة، بينما قاس إقليم العاصمة الأسترالية بدقة كبيرة التقلبات الأصغر في الإشعاع الخلفي. ([id][2])
قام الباحثون بدمج القياسات مع بيانات التذبذبات الصوتية الباريونية من مسح BOSS، وهو جزء من مسح سلون الرقمي للسماء، ومع قياسات العدسات الجاذبية الضعيفة من السنوات الثلاث الأولى من تشغيل مسح الطاقة المظلمةDES. تم تركيب كاميرا المسح على تلسكوب فيكتور بلانكو في تشيلي.
هي عبارة عن تشوهات مُرصَدة في المجرات البعيدة، ناتجة عن جاذبية المادة الواقعة بينها وبين الأرض. ومن خلال قياس تشوهات ملايين المجرات، يُمكن رسم خريطة لتوزيع الكتلة، بما في ذلك المواد التي لا تُصدر ضوءًا.
أظهرت بيانات DES وحدها تفضيلًا ضعيفًا جدًا للتفاعل، بأقل من انحراف معياري واحد. ومع ذلك، عند دمجها مع بيانات Planck وACT وBOSS، تعزز هذا التفضيل ليصل إلى ما يقارب ثلاثة انحرافات معيارية. وقد دلّت قيمة معامل لا بُعدي يبلغ حوالي 10 أس سالب أربعة على قوة التفاعل المُفضّل في النموذج.
كيف يُغيّر التفاعل الكون؟
في الكون المبكر، كانت النيوترينوات موجودة بأعداد هائلة وتتحرك بسرعات عالية. وإذا اصطدمت بجسيمات المادة المظلمة، حتى وإن كان ذلك نادرًا، فإنها تستطيع أن تمنحها زخمًا وتمنع بعض التقلبات الصغيرة في كثافة المادة من النمو.
قد تُؤدي هذه العملية إلى ظهور نوع من التذبذبات الصوتية المظلمة، وتُقلل من طيف قدرة المادة على نطاقات صغيرة. وهذا يعني أن عددًا أقل من البنى الكثيفة سيتشكل لاحقًا، وبالتالي سيبدو الكون الحديث أقل كثافةً بقليل مما يتوقعه نموذج لا تتفاعل فيه المادة المظلمة بهذه الطريقة.
استخدم الباحثون أيضًا محاكاة الأجسام المتعددة لوصف تطور البنى في المرحلة غير الخطية، حيث تنهار المناطق الكثيفة تحت تأثير الجاذبية لتشكيل المجرات والتجمعات النجمية. ولتحليل بيانات DES، استخدموا نموذجًا تم تدريبه على 200 محاكاة مع تعديل الشروط الأولية لمراعاة التفاعل المحتمل.
الافتراضات والقيود
لا يُمثل النموذج المُختَبَر وصفًا كاملاً لجسيم مُحدد أو لقوة جديدة مُحددة. فقد افترض الباحثون أن جميع المادة المظلمة تُشارك في التفاعل، وأن النيوترينوات عديمة الكتلة، وأن المقطع العرضي للتفاعل مُستقل عن درجة الحرارة. هذه افتراضات مُبسطة تُتيح لنا دراسة التأثير الكوني، لكنها لا تُصف بالضرورة الفيزياء الحقيقية.
ويشير المؤلفون أيضًا إلى أن التفاعل الثابت عند القوة المُفضّلة قد يواجه قيودًا من قياسات أخرى، بما في ذلك غابة لايمان-ألفا، وعدد المجرات القزمة، ودالة لمعان المجرات. وتتأثر هذه القياسات بدورها بعمليات فيزيائية فلكية معقدة، مثل تأثير النجوم والثقوب السوداء على الغاز، ولذلك يصعب استخلاص استنتاج واضح منها.
بالإضافة إلى ذلك، بعد تقديم الورقة البحثية، أظهر مسح KiDS-Legacy قيمة أعلى لـ S8، وهو ما يتوافق جيدًا مع تنبؤات بلانك في إطار نموذج ΛCDM. لم تكن البيانات الكاملة متاحة للباحثين عند إتمام الدراسة، لذا لم يتمكنوا من اختبار تأثير ذلك على النتيجة.
توجد أيضًا تفسيرات بديلة لكبح نمو البنى: تفاعل المادة المظلمة مع المادة العادية، أو الفوتونات، أو الإشعاع المظلم، بالإضافة إلى نماذج للمادة المظلمة الساخنة أو المادة المظلمة الخفيفة للغاية. لذا، حتى لو ثبتت صحة فرضية S8، فلن تثبت وحدها أن المادة المظلمة تتفاعل مع النيوترينوات.
ستحدد الاستطلاعات التالية مصير هذا الأمر.
من المتوقع أن تُجرى عمليات رصد أكثر دقة لاختبار هذه الفرضية في السنوات القادمة. ويُقدّر الباحثون أن عمليات المسح باستخدام عدسات الجاذبية الضعيفة من مرصد فيرا روبين وتلسكوب محطة الفضاء الصينية ستكون قادرة على دراسة منطقة التفاعل المفضلة بحساسية أكبر بكثير.
إذا ظهرت الإشارة نفسها باستمرار في قواعد بيانات مستقلة، فقد يوفّر ذلك للفيزيائيين اتجاهًا جديدًا في بحثهم عن هوية المادة المظلمة. أما إذا لم يتم العثور عليها، فستضع الدراسات الاستقصائية قيودًا أكثر دقة على احتمالية تفاعل المادة المظلمة مع النيوترينوات. ([جامعة شيفيلد][3])
قال الدكتور ويليام غيارا، أحد مؤلفي الدراسة: "إذا تأكد هذا التفاعل، فسيكون ذلك إنجازًا جوهريًا". وأضاف أن هذه النتيجة لا تقتصر على تفسير التباين بين الرصدات الكونية فحسب، بل يمكنها أيضًا توجيه التجارب المخبرية لتحديد الخصائص التي يجب البحث عنها في جسيمات المادة المظلمة. (جامعة شيفيلد، 3)
المقال الأصلي: حل لتوتر S8 من خلال تفاعلات النيوترينو والمادة المظلمةبقلم لي ديزو وزملاؤه، طبيعة علم الفلك، DOI: 10.1038/s41550-025-02733-1.
שאלות ותשובות
هل كشفت الدراسة عن وجود تفاعل بين المادة المظلمة والنيوترينوات؟ لا. لقد تم الحصول على تفضيل إحصائي يقارب ثلاثة انحرافات معيارية للنموذج الذي يتضمن التفاعل. هذه مجرد إشارة تتطلب مزيدًا من الاختبار، وليست اكتشافًا جديدًا.
ما هو جهد S8؟ هذه فجوة معتدلة بين درجة تكتل المادة المستنتجة من قياسات الكون المبكر وبعض القياسات المباشرة لتوزيع المادة في الكون المتأخر.
كيف سيؤثر التفاعل مع النيوترينوات على المادة المظلمة؟ قد يؤدي التشتت بين الجسيمات إلى نقل الزخم، وقمع التقلبات الصغيرة في كثافة المادة، وإبطاء نمو بعض الهياكل الكونية.
ما الذي يمكن أن يؤكد أو يدحض هذه الفرضية؟ مسوحات أكثر دقة للعدسات الجاذبية الضعيفة، وقياسات جديدة لإشعاع الخلفية الكونية الميكروي، وملاحظات مستقلة للبنية واسعة النطاق.
المزيد عن هذا الموضوع على موقع العلوم
- مجرة قديمة عالقة في ظل بيئة تسلبها المواد الخام اللازمة لتكوين النجوم
- هل يأتي التوهج الغامض في مركز مجرة درب التبانة فعلاً من المادة المظلمة؟
- تلسكوب إقليدس الفضائي يكتشف أقدم الكوازارات التي تم رصدها على الإطلاق
- إغلاق مصادم الهادرونات الكبير لمدة أربع سنوات، مما يمهد الطريق لعصر جديد
- مجرة "قاذفة الظلال" قد تفسر جزءًا من أصل النيوترينوات الكونية
תגובה אחת
يتكرر الخطأ نفسه مرارًا وتكرارًا، فالأوساط الأكاديمية غير مستعدة للتخلي عن وهم البحث عن الجسيمات الأولية، فالجسيمات الأولية ليست جسيمات حقيقية، بل هي ظاهرة ترددية. ويجري العمل حاليًا على تفسير بحث مستمر منذ أكثر من ستة أشهر. إن أولئك الذين يبنون أبحاثهم على نظرية قائمة على الجسيمات، وعلى احتمالات نظرية الكم، وعلى الأبعاد الافتراضية لنظرية الأوتار، إنما يستخدمون حلولًا ترقيعية لإخفاء الحقيقة المؤلمة. التفسير قيد الإعداد بالفعل. لا شيء أفضل من "مختبر الحس السليم" - لأن اختبار الفكر يجيب على كل سؤال وجودي.