يمكن للأحزمة الكونية أن تحل مشكلة البوزيترونات الزائدة في مناطق الكون

شبكة من "الأوتار الكونية: تقاطعات الكون قد تكون مسؤولة عن الوفرة الغامضة لجسيمات المادة المضادة التي تثير فضول العلماء * انهيار العيوب في بنية الكون قد يخلق فائضًا من المادة المضادة أو عودة نظرية تضاءلت مع اكتشاف الكون التضخمي في الثمانينات

قد تلعب الأوتار الكونية دورًا في تكوين المجرات. لقد تنبأ علماء الفيزياء الفلكية النظرية في وكالة ناسا منذ فترة طويلة بوجود أوتار كونية، أرق من الذرة ولكنها تمتد لمسافات طويلة في الكون. ويعتقدون أنها نشأت في حدث يعرف باسم "انتقالات الطور" - وهي تغييرات جذرية في بنية المادة حدثت عندما برد الكون بعد وقت قصير من الانفجار الأعظم. تتمتع هذه الأوتار بمجال جاذبية جديد وربما ساعدت في جمع المواد التي شكلت المجرات الأولى.

وفقدت الفكرة بريقها عندما أثبتت الملاحظات، على الأقل كما بدا في ذلك الوقت، أن هذه الأوتار وحدها لا يمكن أن تكون مسؤولة عن تكوين المجرات. وبدلاً من ذلك، تم تطوير نظرية "التضخم" لشرح كيف مر الكون بفترات من التوسع الأسي في وقت مبكر من حياته، مما أدى إلى مضاعفة كل تموج صغير في بنيته، التي أصبحت الآن نواة المجرات الأولى.

ومع ذلك، يقترح الآن عالم الفيزياء الفلكية النظرية تانماي فاكاسباتي في جامعة كيس ويسترن ستيرن في أوهايو، أن الفضاء قد يكون مرتبطًا بشبكة من خيوط أخف بكثير - خفيفة جدًا بحيث لا تكون مسؤولة بشكل مباشر عن تكوين المجرات، والتي ربما تكونت أثناء تغيرات الطور. في المادة المظلمة المخبأة في الكون.

المادة المظلمة هي مادة لا ينبعث منها أي ضوء وبالتالي لا يمكن ملاحظتها مباشرة، لكن من خلال رصد تأثير جاذبيتها على النجوم والمجرات، حسب علماء الفلك أنها تشكل حوالي 85% من المادة الموجودة في الكون.

يعتقد فاكاسباتي أن الخرزات نفسها مصنوعة من مادة مضادة ويمكنها حل الألغاز الكونية. في عام 2008، استخدم الفيزيائيون القمر الصناعي PAMELA (الحمولة النافعة لاستكشاف المادة المضادة والفيزياء الفلكية للنوى الخفيفة) وأفادوا بوجود فائض غير مبرر من البوزيترونات - توائم المادة المضادة للإلكترونات. اقترح بعض العلماء أن البوزيترونات الزائدة ربما تكونت كحطام من الاصطدامات بين جسيمات المادة المظلمة، لكن الملاحظات اللاحقة فشلت في تأكيد الفكرة. هذا هو المكان الذي يلعب فيه وصف سلسلة سلسلة Vachaspati. فإذا كانت المادة المظلمة تتفاعل بشكل فضفاض للغاية مع الجسيمات المعروفة، نتيجة لتنبؤات النماذج الرائدة، فمن المرجح أن الأوتار مكونة منها». يقول عالم الفيزياء الفلكية النظرية أليكس فيلينكين من جامعة تافتس في ماساتشوستس.

مع مرور الوقت، ستتقلص حلقات هذه الأوتار وتختفي، مما يؤدي إلى تبخر طاقتها عن طريق اصطدامها بجزيئات المادة. وفقًا لحسابات فاكاسباتي، فإن انهيار حلقات المادة الخفيفة الموجودة في الأوتار سيؤدي إلى إنتاج البوزيترونات الزائدة التي لاحظتها باميلا.

قال مارك بيرس، عالم فيزياء الجسيمات في المعهد الملكي للتكنولوجيا في ستوكهولم وعضو في فريق باميلا، إنه كان من الصعب تقييم نموذج فاكاسباتي دون الخوض في تنبؤات أكثر تفصيلاً حول البوزيترونات - مثل نطاق طاقتها - لمقارنة التنبؤات مع ملاحظات باميلا. "سيكون من الضروري أيضًا فحص ما إذا كانت التنبؤات بتدفق الجسيمات الكونية الأخرى، مثل البروتونات المضادة، تتناسب مع البيانات الموجودة." وأضاف

ويمكن اكتشاف أدلة إضافية على وجود الأوتار الكونية من خلال التجارب على الأرض. إذا كانت نظرية فاكاسباتي صحيحة، فإن الحلقات الموجودة في هذه الأوتار يجب أن تجد طريقها أيضًا إلى درب التبانة، وأحيانًا تصطدم بالأرض أيضًا. ويعتقد فاكاسباتي أن "المحيطات والقمم الجليدية مضغوطة بما يكفي لتفقد الحلقة طاقتها بسرعة عندما تصطدم، الأمر الذي قد ينتج عنه أشعة غاما أو إشعاعات أخرى". ويقترح أنه سيتم الكشف عن الإشعاع في تجربة مصممة لالتقاط ومضات الضوء من النيوترينوات المارة مثل IceCube الموجود تحت القطب الجنوبي و Antares في البحر الأبيض المتوسط. ويضيف أنه قد يكون من الممكن إنتاج هذه الأوتار المظلمة في مسرعات الجسيمات.

تزعم مجموعة أخرى من علماء الفيزياء النظرية أنهم اكتشفوا دليلاً على الأوتار الكونية من البيانات الواردة من القمر الصناعي WMAP التابع لناسا، والذي يرسم تغيرات درجات الحرارة في إشعاع الخلفية الكونية على مدار حوالي ثماني سنوات. تضم المجموعة مارك هندمارش، عالم فيزياء الجسيمات بجامعة ساسكس في المملكة المتحدة، الذي قال إن نتائج فاكاسباتي وفريقه هي جزء من إحياء أكثر تدميرًا لنظرية الأوتار الكونية.

وقال "الناس اليوم أكثر استعدادا للعب بفكرة الأوتار الكونية من ذي قبل". "وهو يعزو هذا الاتجاه إلى الفهم المتزايد بأن الأوتار الكونية لا تتنافس مع نظرية التضخم، ولكنها تكملها. وعلق أيضًا على أن توفر قدر أكبر من القدرة الحاسوبية مطلوب لتحسين الحسابات في نظرية الأوتار الكونية.

ويضيف فيلينكين أن علماء الفيزياء الفلكية يعيرون الآن المزيد من الاهتمام للأوتار لأنها تستطيع تقديم تنبؤات واضحة حول تأثيرها على موجات الجاذبية وإنشاء جسيمات نشطة. وقال: "أصبحت تقنيات الرصد دقيقة بما فيه الكفاية إما لتحديد موقع الأوتار أو لفرض قيود على نظريات الجسيمات التي تتنبأ بها".

للمقالة في مجلة Nature (الاشتراك مطلوب)