أسرار الطاقة المظلمة

قبل عشر سنوات، دخل مفهوم الطاقة المظلمة حياة علماء الفلك، فأسر قلوبهم بقدرتها على حل المشاكل المختلفة. ما هي بالضبط تلك الطاقة الغامضة؟

جورج ماسر، مجلة ساينتفيك أمريكان

في أول لقاء مع الطاقة المظلمة، تبدو ساحرة حقًا: غريبة ومغرية، وتنظر من الخارج إلى النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. دخلت حياة علماء الفلك منذ عشر سنوات وفازت بقلوبهم بقدرتها على حل جميع أنواع المشاكل، مثل التناقض بين عمر الكون وكمية المادة في الكون. لقد عاد توسع الكون إلى المسار الصحيح بفضلها: كان يُعتقد في السابق أنه يتباطأ، والآن اتضح أنه يتسارع بالفعل. لكن سرعان ما اكتشف علماء الفلك أن الطاقة المظلمة لها جانب مظلم أيضًا. تعمل القبضة الباردة للجاذبية التنافرية على خنق تكوين الهياكل الكونية الكبيرة.

واليوم، يجد المراقبون أنها فريسة سوداء اللون حتى بالقرب من مجرتنا درب التبانة. يقول أندريا ماتشيو من جامعة زيورخ: "ليس عليك أن تذهب بعيداً للعثور على الطاقة المظلمة". "الطاقة المظلمة موجودة أيضًا في كل مكان حولنا."

حتى وقت قريب، كان الباحثون عن التوقيعات الغريبة للكون - المادة المظلمة والطاقة المظلمة - يركزون على المقاييس الأكبر (مجموعات المجرات وما فوقها)، وعلى المقاييس الصغيرة نسبيًا (مجرة واحدة). ولكن بين هؤلاء يوجد المقياس الكوني المتوسط، وهو غير مستكشف تقريبًا. وتعتبر مجرة ​​درب التبانة جزءا من مجموعة المجرات المحلية، وتشكل جزءا من الحجم المحلي الذي يبلغ نصف قطره حوالي 30 مليون سنة ضوئية. نحن وأعضاء الفرقة الآخرون من حولنا، نتسابق معًا بسرعة 600 كيلومتر في الثانية نحو مجموعة مجرات العذراء، ونحو الكتل الخارجية الأخرى. ولكن من الصعب جدًا تتبع الحركات النسبية ضمن هذا المجلد؛ ولهذا، هناك حاجة إلى قياسات المسافة والسرعة والاتجاه بمستوى عالٍ من الدقة.

سانداج من مرصد كارنيجي في باسادينا وآخرين في السبعينيات، وهو العمل الذي تم التحقق منه في السنوات الأخيرة، يشير إلى أن الأجسام الموجودة في المنطقة تتحرك ببطء غير عادي - حوالي 70 كيلومترًا في الثانية في المتوسط. تشير عمليات المحاكاة الحاسوبية إلى أن المجرات التي يتم تجميعها معًا بواسطة الجاذبية يجب أن تطير بسرعات أقرب إلى 75 كيلومتر في الثانية. وبمقارنته بغاز تتحرك جزيئاته ببطء، يمكننا القول إن حجمنا المحلي "بارد".

ويمكن أيضًا عرض المشكلة بطريقة أخرى، فيما يتعلق بتوسع الكون. وبحسب النظرية، علينا أن نذهب إلى مئات الملايين من السنين الضوئية، إلى النطاق الذي تتشتت فيه المادة بشكل عشوائي وليس لها بنية منظمة، قبل أن يتغلب التوسع الكوني على الحركات المحلية. لكن في الحجم المحلي، ليس علينا أن نبتعد أكثر من خمسة ملايين سنة ضوئية قبل أن نشعر بذلك.
أحد التفسيرات، والمؤيد الرئيسي له هو إيجور كراشنستوف من الأكاديمية الروسية للعلوم، يرى أن المجرات (بأغلفتها الخاصة من المادة المظلمة) تسبح في بحر من المادة المظلمة. يحجب هذا البحر اختلافات الكثافة، وبالتالي أيضًا قوى الجاذبية التي تحرك حركات المجرات. المشكلة الوحيدة هي أن المادة - المظلمة أو المرئية - ليس من المفترض أن تكون متناثرة مثل البحر. يجب أن تتراكم في كتل.
ولهذا السبب تحول الآخرون إلى الطاقة المظلمة. ومن المفترض أن يعمل تنافرها الجاذبي على تعويض قوة الجاذبية المتبادلة بين المجرات، مما يؤدي إلى إبطاء تحركاتها. داخل مجرة ​​درب التبانة وفي جوارها المباشر تكون يد الجذب هي اليد العليا، ولكن بعد مسافة معينة يزداد التنافر. قام آرثر تشيرنين من جامعة موسكو وزملاؤه بالحساب ووجدوا في عام 2000 أن حجم هذه المسافة هو خمسة ملايين سنة ضوئية - وهذا بالضبط هو المكان الذي تنحرف فيه حركات المجرات عن التوقعات المعتادة.
في الواقع، أدت الحسابات الأولية إلى خفض سرعات المجرات بمقدار النصف فقط، وهو أقل من اللازم. لكن عمليات المحاكاة الجديدة والكاملة، التي أجرتها مجموعة ماتشيو، تظهر في النهاية عمل الطاقة المظلمة. يقول ماتشيو: "إذا قمت فقط بتضمين الطاقة المظلمة، فسيكون هناك تطابق جيد جدًا بين الحساب والملاحظة". "ولهذا السبب نعلن أننا وجدنا توقيع الطاقة المظلمة."
وليس الجميع يشاركها رأيها. في عام 1999، قال رين فان دي فايشيرت من جامعة جرونينجن في هولندا ويهودا هوفمان من الجامعة العبرية في القدس إن الحداد المحلي محاصر في لعبة شد الحبل بين مجموعات المجرات المحيطة به. ويؤدي هذا الصراع أيضًا إلى ابتعاد المجرات عن بعضها البعض، عكس قوة الجاذبية بينها.
لتحديد أيهما أكثر أهمية، هذه الآلية أم الطاقة المظلمة، يحتاج علماء الفلك إلى مقارنة الحجم المحلي مع حجم المناطق المماثلة. إذا تصرف أولئك الذين لا يخضعون للعبة شد الحبل أيضًا بطريقة مماثلة، فيجب تعليق طوق الطاقة المظلمة. ولسوء الحظ، لا يوجد إجماع بين الفرق حول معنى عبارة "بالمثل"، ويستمر النقاش. إذا تبين أن نموذج ماتشيو صحيح، فإن الطاقة المظلمة - التي كانت تعتبر ذات يوم الفكرة الأكثر تطرفًا في العلم، وهي تجريد أثيري خالٍ من أي صلة - ستصبح ملموسة وعملية أكثر قليلاً.
يضيف آلان وايتنج من مرصد سيرو تولولو للبلدان الأمريكية في تشيلي تطورًا جديدًا (ومثيرًا للجدل) لقصة الحركات المحلية للمجرات. يدعي وايتنج أن المجرات ليست بالكاد تتحرك فحسب، بل إنها تتحرك في الاتجاه الخاطئ. من المفترض أن يسقطوا تجاه بعضهم البعض، ولكن بدلاً من ذلك يبدو أنهم يدورون في هذا الاتجاه وذاك بشكل عشوائي. يقول وايتنج: "هناك شيء ما يتسبب في حركة تبلغ 75 كيلومترًا في الثانية في الحجم المحلي، وهي ليست المادة المضيئة، المادة التي نراها".
ينتقد العديد من الباحثين تحليله. ولكن إذا كان على حق، فإن إحدى الإجابات المحتملة هي أنه في بيئتنا المجرية توجد مجرات ساقطة - تركيزات عديمة النجوم من الغاز المتوهج بشكل خافت والمادة المظلمة غير المرئية. منذ وقت ليس ببعيد، رأى علماء الفلك مثل هذا المخلوق في مجموعة برج العذراء. المشكلة الوحيدة هي أنه إذا كان هناك بالفعل شيء كهذا في بيئتنا المباشرة، فيجب أن نلاحظه منذ وقت طويل.