وكشفت الأبحاث التي أجراها البروفيسور أفيشاي ديكل من الجامعة العبرية عن المادة المظلمة

بحث أجراه عالم فيزياء فلكية من الجامعة العبرية يحل لغزًا كونيًا: المادة المظلمة المفقودة موجودة في المجرات! * سيتم نشر البحث اليوم (الخميس) في مجلة NATURE المرموقة

إن النموذج الكوني المتفق عليه، والذي يعد أساساً للبحث العلمي حول بنية الكون وتطوره، يفترض أن كل مجرة ​​مضيئة (تتكون من مائة مليار نجم شبيه بالشمس) تتواجد في كرة تحتوي على كتلة تبلغ عشرة أضعاف أكبر أو أكثر من المادة المظلمة. والمادة المظلمة لا تبعث الضوء، كما أن طبيعتها الدقيقة غير واضحة، لكن يمكن قياس كميتها من خلال قوة الجاذبية التي تمارسها على النجوم، والتي تسرع حركتها.

تم وضع صحة النموذج القياسي موضع تساؤل كبير عندما أبلغت مجموعة من علماء الفلك بشكل غير متوقع في مجلة SCIENCE عن ملاحظات تشير في رأيهم إلى عدم وجود المادة المظلمة في المجرات "الإهليلجية" (المجرات ذات البنية الكروية). وأظهرت القياسات حركات بطيئة للغاية للنجوم على مسافات كبيرة من مراكز المجرات الإهليلجية، على عكس السرعات العالية التي كانت متوقعة على ما يبدو بسبب جاذبية الجاذبية الناتجة عن الكثير من المادة المظلمة.

وتم التوصل إلى حل المشكلة من خلال تحليل نظري جديد بقيادة البروفيسور أفيشاي ديكل، عالم الفيزياء الفلكية من معهد الفيزياء في الجامعة العبرية في القدس، والذي سيتم نشره اليوم الخميس 29 سبتمبر في مجلة الطبيعة المرموقة. ويوضح البروفيسور ديكل وزملاؤه في الدراسة أن هذه الملاحظات لا تتعارض مع الصورة المقبولة، بل تتفق مع وجود المادة المظلمة بكميات كبيرة في المجرات "الإهليلجية" أيضا.

ووفقا للبروفيسور ديكل، فإن عدم وجود المادة المظلمة في المجرات الإهليلجية كان أمرا غير مفهوم لأنه، وفقا للأدلة المتوفرة لدينا، تشكلت هذه المجرات عن طريق اصطدام واندماج المجرات "الحلزونية" (التي لها بنية مسطحة من النجوم تتحرك على شكل قرص، مثل "درب التبانة"). في المجرات الحلزونية، لا يوجد شك في وجود المادة المظلمة، فسرعات الدوران العالية للنجوم حول المجرة تشير إلى وجودها. "أين يمكن أن تختفي المادة المظلمة أثناء اندماج المجرات الحلزونية لتكوين مجرات إهليلجية؟" يسأل ديكال.

استخدم ديكل وزملاؤه حاسوبًا فائقًا لمحاكاة تصادمات المجرات الحلزونية، التي تحتوي على الكثير من المادة المظلمة. تظهر عمليات المحاكاة أن السرعات البطيئة ظاهريًا هي في الواقع نتيجة الاصطدامات التي تشكل المجرات الإهليلجية. تم إجراء عمليات المحاكاة كجزء من رسالة الدكتوراه لتوماس كوكس تحت إشراف البروفيسور جولز بريماك في جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز، وتم تحليل عمليات المحاكاة من قبل البروفيسور ديكل وزملائه فيليكس ستوير وغاري مامون في جامعة باريس. معهد الفيزياء الفلكية، حيث يشغل البروفيسور ديكل كرسي بليز باسكال الدولي للأبحاث.

وأوضح البروفيسور ديكل اليوم أن "الحركات السريعة تبدو بطيئة بشكل خاطئ لأنه يمكن قياس عنصر واحد فقط من حركة النجم بالتلسكوب: حركة الاقتراب أو التراجع على طول خط البصر من الراصد إلى النجم.

ومن المكونات الأخرى لحركة النجوم هو التغير في مكان النجوم بالنسبة إلى النجوم الأخرى في السماء، ولكن نظرا لبعد النجوم الكبير، لا يمكن قياس هذا المكون من الحركة. فإذا كانت النجوم تتحرك في اتجاهات عشوائية، فإن المعلومات الجزئية التي تم الحصول عليها عن الحركة على طول خط البصر ستكون كافية لتقدير السرعة الإجمالية للنجوم. ولكن ليس الأمر كذلك إذا كانت النجوم تتحرك في مدارات من مركز المجرة إلى الخارج وإلى الخلف. وفي مثل هذه الحالة فإن أغلب النجوم التي يراها المشاهد على مسافات كبيرة من مركز المجرة تتحرك عبر مستوى السماء - النجوم لا تقترب من المشاهد ولا تبتعد عنه، فلا يلاحظ المشاهد وجودها حركات حقيقية."

والاكتشاف المهم الذي توصل إليه البروفيسور ديكل وزملاؤه، استنادا إلى عمليات المحاكاة الجديدة، هو أن النجوم التي تشكلت نتيجة اندماج المجرات الحلزونية لا تتحرك في مدارات عشوائية بل تميل إلى التحرك في مدارات مستطيلة. أظهرت عمليات المحاكاة أنه عندما تمر المجرات المتصادمة ببعضها البعض، فإن قوى الجاذبية القوية تمزق النجوم من مداراتها الأصلية وترمي بعضها من المركز إلى الخارج على طول مدارات طويلة.

"استنتاجنا هو أن القياسات التي تبدو مفاجئة تتفق في الواقع مع النموذج الكوني المتفق عليه والذي يفترض وجود المادة المظلمة. ويخلص ديكل إلى أن هذا قد أزال مشكلة كبيرة أزعجت علماء الكونيات. "تؤكد البيانات التي تم الحصول عليها من الملاحظات النظرية القائلة بوجود مادة مظلمة أيضًا في المجرات الإهليلجية وأن هذه المجرات تشكلت عن طريق اندماج المجرات الحلزونية. يتيح لنا هذا البحث فهم عمليات تكوين المجرات بشكل أفضل، وخاصة الدور المهم للاصطدامات بين المجرات في تطور الهياكل في الكون."