هل كنا مخطئين بشأن المادة المظلمة؟ المجرات القزمة تُقدم أدلةً مُفاجئة

هناك شيء في الكون يجذب المادة المرئية، ويُشكل المجرات، ويُثبّت العناقيد المجرية، لكننا لا نراه. إنها المادة المظلمة، التي كان يُعتقد حتى الآن أن لها خاصية واحدة فقط: الكتلة والجاذبية. لكن هذا الافتراض قد يتزعزع الآن. دراسة جديدة نُشرت فيالطبيعة يكشف عن ظاهرة مدهشة مرتبطة بالمجرات القزمة - وهي ظاهرة تتعارض مع تنبؤات النموذج القياسي للمادة المظلمة الباردة (CDM).

المجرات القزمة هي أنظمة نجمية صغيرة منخفضة السطوع، تُحيط بها، كجميع المجرات، هالات من المادة المظلمة. ووفقًا للنماذج الحالية، كلما زادت كتلة الهالة، زاد ميلها للتجمع في مناطق أكثر كثافة في الكون - وهي ظاهرة تُعرف باسم التحيز الجماعيهناك أيضا تحيز التجميع (تحيز التجميع) - اختلاف في نمط التجميع بين الهالات التي تشكلت مبكرًا ("قديمة") وتلك التي تشكلت لاحقًا ("شابة")، حتى لو كانت من نفس الكتلة.

حتى الآن، كانت هذه التحيزات تُقاس بشكل رئيسي في المجرات الكبيرة. لكن البروفيسور هوي يوان وانغ وزملاؤه في جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية اكتشفوا شيئًا مختلفًا: في المجرات القزمة المتفرقة - حيث تكون النجوم متباعدة نسبيًا - يكون نمط التجمع قويًا. יותר من المجرات القزمة المدمجة. أي، خلافًا للتوقعات، المجرات "الفوضوية" هي في الواقع تلك التي تميل إلى التجمع معًا، وليست تلك ذات البنية المتماسكة والكثيفة.

باستخدام محاكاة الكون ELUCID، المبنية على مجال الكثافة الابتدائي للكون، تمكّن الباحثون من إثبات أن المجرات المتفرقة تقع ضمن هالات المادة المظلمة التي تشكلت في وقت مبكر جدًا من الكون، بينما ترتبط المجرات المدمجة بهالات أحدث. هذه هي المرة الأولى التي تُقدّم فيها عملية رصد مجرّة دليلاً قاطعًا على انحياز التجميع، وهي ظاهرة لم يُتنبّأ بها حتى الآن إلا من خلال عمليات المحاكاة.

لكن هنا تكمن الصعوبة: نماذج المادة المظلمة التقليدية لا تفسر كيف يمكن لهالة "قديمة"، خضعت بالفعل لمليارات السنين من الانكماش الجاذبي، أن تحتوي على مجرة ​​متفرقة. للوهلة الأولى، نتوقع أن يكون مركزها أكثر كثافة. لحل هذا التناقض، يقترح الباحثون استخدام نموذج جديد - نموذج تفاعل المادة المظلمة (SIDM).

في نموذج SIDM، لا تجذب جسيمات المادة المظلمة بعضها البعض جاذبيًا فحسب، بل تتفاعل أيضًا بشكل ضعيف مع بعضها البعض، مثل التشتت أو التصادمات الدقيقة. تُحدث هذه التفاعلات "تسخينًا داخليًا" في الهالة، مما يُسبب تشتتًا جزئيًا للمادة وإضعافًا نسبيًا لجاذبيتها المركزية. هذا يعني بيئة تكوين أقل كثافة، مما قد يُفسر سبب تكوّن المجرات المتفرقة في الهالات القديمة.

بعبارة أخرى، قد لا تكون المادة المظلمة هادئةً وخاملةً كما كان يُعتقد سابقًا، بل قد تكون ديناميكيةً ومتجاوبةً، ذات خصائص أكثر تعقيدًا مما نعرفه حاليًا. لذا، تُقدم الدراسة إنجازًا مزدوجًا: سواءً في فهم البنية واسعة النطاق للكون، أو في الطبيعة الجوهرية لأحد ألغاز الفيزياء العظيمة.

مراجعة مقال المجلة الطبيعة كانوا متحمسين. وكتب المراجعون: "هذا اكتشافٌ جديدٌ ومفاجئ، وبالتالي ذو أهميةٍ بالغة. إن إمكانية دراسة خصائص المادة المظلمة التفاعلية من خلال عناقيد المجرات تفتح آفاقًا جديدةً قد تكون لها آثارٌ طويلة المدى".

يخلص الباحثون إلى أن العلاقة المباشرة بين عمر الهالة وبنية المجرة تُشكل معيارًا جديدًا مهمًا، ينبغي مراعاته عند بناء نماذج لتكوين المجرات، وتوسع الكون، وفهم المادة المظلمة نفسها. ورغم صغر حجم هذه المجرات، إلا أن آثارها قد تكون كونية.