إن نمط التطور الكوني للمادة المظلمة هو نفس نمط التطور الكوني للمادة المرئية

تتطور الهياكل الكبيرة في الكون التي تتكون من المادة المظلمة بطريقة مشابهة للهياكل الكبيرة التي تعتمد على المادة المرئية. وهذا أحد الاستنتاجات المهمة المستمدة من محاكاة حاسوبية جديدة. تعد حسابات المحاكاة نقطة التقاء لسنوات عديدة من العمل من قبل فريق من علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الكون البولنديين والألمان والروس.

تتطور الهياكل الكبيرة في الكون التي تتكون من المادة المظلمة بطريقة مشابهة للهياكل الكبيرة التي تعتمد على المادة المرئية. وهذا أحد الاستنتاجات المهمة المستمدة من محاكاة حاسوبية جديدة. تمثل حسابات المحاكاة نقطة التقاء لسنوات عديدة من العمل الذي قام به فريق من علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الكون البولنديين والألمان والروس.

وقام فريق من العلماء من كلية الفيزياء بجامعة وارسو (FUW)، ومعهد ليبيديف الفيزيائي التابع للأكاديمية الروسية للعلوم ومعهد الفيزياء الفلكية في بوتسدام)، بإعداد محاكاة عالية الدقة. وبمساعدة المحاكاة، من الممكن تتبع تطور سحب المادة المظلمة والمادة المرئية التي تملأ الكون. وتؤكد النتائج الافتراضات السابقة المتعلقة بالخصائص الأساسية للمادة المظلمة، وخاصة توزيعها على النطاق الكوني.

لقد ناضل علماء الفلك مع تفسيرات لحركة النجوم داخل المجرات وحركة المجرات في مجموعات المجرات. أظهرت القياسات أن المجرة النموذجية تحتوي على مادة مظلمة أكثر بـ 10 إلى 50 مرة من المادة المرئية، وأن عناقيد المجرات تحتوي على مادة مظلمة أكثر بـ 100 إلى 500 مرة من المادة المرئية. "يبدو أن المادة المرئية، التي تشكل عالمنا اليومي، ليست أكثر من مجرد إضافة طفيفة للمادة المظلمة. هناك ما لا يقل عن ستة أضعاف المادة المظلمة في الكون، ولا أحد يعرف ما هي. ويقول البروفيسور ماريك ديميانسكي، من كلية الفيزياء بجامعة وارسو: "إن اكتشاف طبيعة المادة المظلمة، a.a.] يعد تجربة مثيرة".

في الوقت الحالي، من المفترض أن المادة المظلمة تتكون من جسيمات غريبة لم يعرفها العلم بعد، والتي تتفاعل بشكل ضئيل، هذا إن كانت تتفاعل على الإطلاق، مع الإشعاع الكهرومغناطيسي والجسيمات المألوفة لنا اليوم. يمكن للعلماء ملاحظة جسيمات المادة المظلمة بطرق غير مباشرة فقط، على سبيل المثال من خلال دراسة تأثير جاذبية المادة المظلمة على حركة المادة المرئية في الكون.
ونظرًا للكمية الكبيرة، فمن المفترض أن المادة المظلمة لعبت دورًا رئيسيًا في تكوين المجرات ومجموعاتها. ولذلك، يهتم العلماء بطريقة توزيع المادة المظلمة في الكون، وكيف تطورت الهياكل التي تخزنها مع مرور الوقت. للإجابة على هذه الأسئلة لا بد من ملاحظة العناقيد المجرية التي ينتقل ضوءها في رحلته إلى الأرض لمدة عشرة مليارات سنة أو أكثر. ومع ذلك، يصعب اكتشاف الأجسام البعيدة. ولذلك، فإن كمية ملاحظات المادة المظلمة ليست كافية للبحث الإحصائي.
المحاكاة الحاسوبية فعالة في دراسة المادة المظلمة. إنها تجعل من الممكن مراقبة عملية التكوين في مجموعات المادة المظلمة على نطاق واسع، وتأثيرها على التوزيع المكاني للمادة العادية. ومن خلال مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة مع الأدلة الرصدية، من الممكن تقييم صحة فرضيات العلماء فيما يتعلق بخصائص المادة المظلمة.

في الفترة المبكرة بعد الانفجار الكبير، كانت المادة المظلمة والمرئية موزعة بشكل متساوٍ تقريبًا في الكون. على عكس المادة المرئية، فإن المادة المظلمة لا تتفاعل مع الإشعاع الكهرومغناطيسي، الذي ملأ الكون بعد وقت قصير من الانفجار الكبير، وبالتالي تخضع لجاذبيتها بسرعة أكبر. بدأت التشوهات الطفيفة في توزيع المادة المظلمة في الانكماش بفعل الجاذبية، مما أدى إلى جذب المادة المظلمة، ثم المادة المرئية أيضًا. وتظهر المحاكاة التي أجراها الفريق الدولي هذه العملية.

خلال المحاكاة، قام العلماء بتحليل سلوك نحو مليار نقطة من الأجسام داخل مكعب، يبلغ طول كل وجه منه عدة مئات الملايين من السنين الضوئية. وبمرور الوقت، انتشرت النقاط مع تضخم الكون. تم توزيع مليار نقطة بالتساوي في المكعب، وتم تحديد عددها فقط من خلال حدود قدرات التسوية لأجهزة الكمبيوتر الحديثة. تبلغ كتلة كل نقطة في المحاكاة مائة مليون شمس. تم إعطاء خصائص المادة المظلمة لمعظم النقاط. ثم قام العلماء بتحليل كيفية تغير توزيع النقاط مع مرور الوقت، تحت تأثير الجاذبية.

أحد أهم استنتاجات المحاكاة هو تأكيد الهوية الذاتية بين عمليات تطور هياكل المادة المظلمة وهياكل المادة المرئية على المستوى الكوني. يعني أننا لو فحصنا مكعبا بعد الانفجار الكبير بأربعة مليارات سنة، وقارناه بمكعب عمره عشرة مليارات سنة، فبعد ضبط أبعاد المكعبين، ستكون بنيات المادة المرئية والمظلمة متطابقة تقريبا.

"هذه الهوية بين عمليات التطور في النوعين تسمح لنا بإعادة بناء توزيع المادة المظلمة على أساس توزيع المادة المرئية. لقد أكدت محاكاتنا هذا التأثير ويمكننا أن نقول بثقة أكبر أنه يمكننا الحصول على نظرة ثاقبة للعالم غير المرئي للمادة المظلمة من خلال مراقبة حركة المادة المرئية،" يختتم البروفيسور داميانانسكي.
تم نشر نتائج المحاكاة في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية، وتم تقديمها في المؤتمر الدولي JENAM 2011 الأسبوع الأوروبي لعلم الفلك وعلوم الفضاء في يوليو الماضي، في سانت بطرسبرغ، روسيا.

لإشعار الباحثين