اختبار المجرة لتوضيح وجود المادة المظلمة

تساؤلات ملتهبة في الفيزياء الفلكية: هل توجد المادة المظلمة بالفعل؟ أم أن قانون جاذبية نيوتن بحاجة إلى تعديل؟

اختبار المجرة لتوضيح وجود المادة المظلمة

استخدم باحثون من جامعة بون وجامعة كاليفورنيا في إيرفاين محاكاة حاسوبية متطورة لوضع اختبار يمكن أن يجيب على سؤال ملتهب في الفيزياء الفلكية: هل توجد المادة المظلمة بالفعل؟ أم أن قانون جاذبية نيوتن بحاجة إلى تعديل؟ تظهر الدراسة الجديدة ، المنشورة الآن في رسائل المراجعة الفيزيائية ، أن الإجابة مخبأة في حركة النجوم داخل مجرات فضائية صغيرة تحوم حول مجرة ​​درب التبانة.
باستخدام واحد من أسرع الحواسيب الفائقة في العالم ، قام العلماء بمحاكاة توزيع المادة لما يسمى بالمجرات \"القزمة\" الفضائية. هذه مجرات صغيرة تدور حول مجرات أكبر مثل درب التبانة أو أندروميدا.

ركز الباحثون على علاقة تدعى علاقة التسارع الشعاعي (RAR). في مجرات القرص ، تتحرك النجوم في مدارات دائرية حول مركز المجرة. التسارع الذي يجبرهم على تغيير الاتجاه هو سبب جذب المادة في المجرة. تصف RAR العلاقة بين هذا التسارع والواحد الذي تسببه المادة المرئية فقط. يوفر نظرة ثاقبة في بنية المجرات وتوزيعها على المواد.

ويوضح البروفيسور الدكتور كريستيانو بورسياني من معهد أرغلاندر للفلك في جامعة بون: \"لقد قمنا الآن بمحاكاة لأول مرة\" المجرات القزمة \"على افتراض وجود المادة المظلمة\". \"اتضح أنهم يتصرفون كإصدارات متدنية من المجرات الأكبر.\" ولكن ماذا لو لم تكن هناك مادة مظلمة وعوضاً عن ذلك تعمل الجاذبية بطريقة مختلفة عما ظن نيوتن؟ يقول الباحث إيميليو رومانو دياز: \"في هذه الحالة ، يعتمد RAR المجرات القزمية بقوة على المسافة إلى مجرتهم الأم ، في حين أن هذا لا يحدث إذا كانت المادة المظلمة موجودة\".

هذا الاختلاف يجعل الأقمار الصناعية بمثابة مسبار قوي لاختبار ما إذا كانت المادة المظلمة موجودة بالفعل. يمكن أن تقدم سفينة الفضاء غايا ، التي أطلقتها وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) في عام 2013 ، إجابة. وقد صُممت لدراسة النجوم في مجرة ​​درب التبانة ومجراتها بتفاصيل غير مسبوقة وجمعت كمية كبيرة من البيانات.

ومع ذلك ، قد يستغرق الأمر عدة سنوات لتحليل البيانات. \"إن القياسات الفردية ليست كافية لاختبار الاختلافات الصغيرة التي وجدناها في عمليات المحاكاة\" ، يشرح طالب الدكتوراه إنريكو غارالدي. \"لكن الفحص المتكرر للنجوم نفسها يحسن القياسات في كل مرة. عاجلاً أم آجلاً ، يجب أن يكون من الممكن تحديد ما إذا كانت المجرات القزمية تتصرف كما في الكون ذي المادة المظلمة أو لا.\"

الاسمنت الذي يحمل المجرات معا

هذا السؤال هو واحد من أكثر القضايا الملحة في علم الكونيات اليوم. تم اقتراح وجود المادة المظلمة منذ أكثر من 80 عامًا من قبل عالم الفلك السويسري فريتز زويكي. لقد أدرك أن المجرات تتحرك بسرعة كبيرة داخل كتل المجرات التي ينبغي أن تنحرف في الواقع. لذلك افترض وجود المادة غير المرئية التي ، بسبب كتلتها ، تمارس جاذبية كافية لإبقاء المجرات على مداراتها المرصودة. في السبعينيات ، اكتشف زميله الأمريكي فيرا روبن ظاهرة مشابهة في المجرات الحلزونية مثل درب التبانة ، وهي تدور بسرعة كبيرة بحيث يجب أن تمزقها قوة الطرد المركزي إذا كانت المادة الظاهرة موجودة فقط.

اليوم ، معظم علماء الفيزياء مقتنعون بأن المادة المظلمة تشكل حوالي 80 في المئة من الكتلة في الكون. وبما أنه لا يتفاعل مع الضوء ، فهو غير مرئي للتلسكوبات. ومع ذلك ، بافتراض أن وجودها يوفر تناسلاً ممتازًا لعدد من الملاحظات الأخرى - مثل توزيع إشعاع الخلفية ، وهو الشفق الشاحب للانفجار الكبير. توفر المادة المظلمة أيضا تفسيرا جيدا لترتيب وتشكيل المجرات في الكون. ومع ذلك ، على الرغم من الجهود التجريبية العديدة ، لا يوجد دليل مباشر على وجود المادة المظلمة. قاد هذا الفلكيين إلى الفرضية القائلة بأن قوة الجاذبية نفسها قد تتصرف بشكل مختلف عما كان يعتقد من قبل. ووفقًا للنظرية المسماة بالديناميات النيوتونية المعدلة (MOND) ، فإن التجاذب بين جماعتين يطيع قوانين نيوتن فقط حتى نقطة معينة. في تسارع صغير جدا ، مثل تلك السائدة في المجرات ، تصبح الجاذبية أقوى بكثير. لذلك ، لا تتفكك المجرات بسبب سرعة دورانها ويمكن لنظرية الموندات الاستغناء عن المادة المظلمة.

تفتح الدراسة الجديدة إمكانية قيام علماء الفلك باختبار هاتين الفرضيتين في نظام غير مسبوق.

المصدر:-https://phys.org/news/2018-06-galactic-dark.html

ترجمة:-Sabah F.Alwan