يقترح علماء الفيزياء الفلكية أن “بوابات الجاذبية” يمكن أن تحول المادة المظلمة إلى مادة عادية

بالعربي/ لدى علماء الفيزياء الفلكية فكرة يمكن أن تساعد في حل لغزين: سبب الوفرة الغريبة لإطلاق الإشعاع عالي الطاقة من مركز مجرتنا وهوية الأشياء غير المرئية التي تسمى المادة المظلمة التي حيرت العالم منذ اكتشافها. قبل 50 عاما.

والفكرة لها اسم رائع للغاية: بوابات الجاذبية. تذهب الفكرة ، عندما يتم امتصاص جسيمين من المادة المظلمة (مهما كانا) في إحدى هذه البوابات ، فإنهما يمحوان بعضهما البعض ويطلقان أشعة جاما القوية بشكل صادم . 

يمكن لهذا الخط من التفكير أن يفسر سبب امتلاء مركز المجرة – حيث يُعتقد أن عناقيد كثيفة من المادة المظلمة – بأشعة جاما. ويمكن أن يلقي الضوء على سلوك المادة المظلمة وقد يتفاعل أحيانًا مع المادة الطبيعية لكوننا.

ما يجب أن تكون عليه المادة المظلمة

أكثر من 80٪ من المادة في كوننا ذات شكل غير معروف للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. يسميها العلماء “المادة المظلمة” لأنها لا تتفاعل مع الضوء. ظهر أول تلميح لوجود المادة المظلمة في سبعينيات القرن الماضي ، عندما لاحظت عالمة الفلك فيرا روبن أن المجرات كانت تدور بسرعة كبيرة جدًا – دون وجود مصدر إضافي مخفي للجاذبية ، كان من المفترض أن تمزق نفسها منذ دهور.

لعقود من الزمان ، لم يعرف علماء الفلك ما إذا كانوا بحاجة إلى تغيير فهمهم للجاذبية ، أو إضافة مادة أكثر انتظامًا ولكن خافتة بالفعل إلى الكون ، أو تضمين مكون جديد تمامًا. لكن عامًا بعد عام ، أدت الملاحظة بعد الملاحظة إلى تقييد الخيارات. لا توجد نظرية الجاذبية المعدلة يمكنها تفسير جميع الملاحظات. وقد وضع الفيزيائيون قيودًا صارمة على كمية المادة العادية (الساطعة ، الخافتة ، وكل شيء بينهما) في الكون.

هذا يترك المادة المظلمة لتفسير المجرات السريعة. ستكون هذه المادة نوعًا جديدًا من الجسيمات ، لها هوية (أو هويات) غير معروفة. لا يتفاعل مع الضوء ، وإلا كنا سنراه الآن. لا يتفاعل مع القوة النووية القوية – التي تربط جزيئات المادة معًا – وإلا لكان العلماء قد اكتشفوا تأثيرها في التجارب الذرية. قد يتحدث إلى القوة النووية الضعيفة ، لكن هذه القوة ضعيفة جدًا وقصيرة المدى بحيث أن مراقبة أي انحرافات في النتائج المتوقعة أمر صعب.

قد تتدفق تريليونات من جسيمات المادة المظلمة من خلالك الآن ، غير مرئية وصامتة.

ومع ذلك ، فإن المادة المظلمة تخون وجودها من خلال الجاذبية ، لأن كل شكل من أشكال الكتلة والطاقة في الكون يمارس نوعًا من تأثير الجاذبية. لذا فإن الطريقة الوحيدة المؤكدة لدراسة المادة المظلمة هي من خلال تفاعلات الجاذبية مع المادة العادية ، مثل حركات النجوم داخل المجرات.

ولكن قد تكون هناك طريقة أخرى.

حالة الإلكترونات الزائدة

في دراسة نُشرت في 28 يناير بقاعدة بيانات ما قبل الطباعة arXiv ، اقترح الفيزيائيون نظرية جديدة لشرح ماهية المادة المظلمة وكيف تتصرف. ولكن قبل الغوص في فكرتهم ، علينا تقديم دليل آخر في عملية البحث عن المادة المظلمة. يأتي الدليل على شكل وفرة غريبة من أشعة جاما التي لوحظت منبثقة من مركز مجرتنا درب التبانة.

أشعة جاما هي أعلى شكل ممكن من الطاقة من الإشعاع ، وعادة ما تظهر فقط من بعض الأحداث ذات الطاقة العالية الخطيرة ، مثل النجوم التي تتحول إلى مستعر أعظم. ولكن يوجد عدد من أشعة جاما أكثر مما تتوقع في مركز المجرة بالنظر إلى مدى ندرة مثل هذه الأحداث الكارثية. لذا ، فمن الممكن ، كما اقترحت هذه النظرية ، أن تظهر أشعة جاما كنتاج ثانوي للإلكترونات عالية الطاقة.

هذه الإلكترونات عالية الطاقة ، والتي هي نوع من الجسيمات المعروفة باسم “اللبتونات” وأسهل بكثير لإنتاجها من أشعة جاما مباشرة ، تنبعث من بعض المصادر وتنتقل في جميع أنحاء مركز المجرة. الإلكترونات نفسها غير قابلة للاكتشاف (فهي صغيرة جدًا جدًا) ، ولكن عندما تتدفق عبر الفضاء بين النجوم ، يمكن أن تصطدم أحيانًا بفوتون يمر عشوائيًا (جسيم خفيف).

هذا الفوتون ، على الأرجح شيء غير ضار ومنخفض الطاقة ، يصطدم بالإلكترون العدواني ؛ يعزز الاصطدام طاقة الفوتون لدرجة أنه يبدأ في إطلاق أشعة جاما التي يمكننا رؤيتها.

من المحتمل أن تفسر هذه الاصطدامات أشعة جاما الزائدة ، ولكن من أين تأتي هذه الإلكترونات عالية الطاقة؟

القفز عبر البوابة

دعنا نلخص ما نعرفه. أولاً ، المادة المظلمة تتفاعل فقط من خلال الجاذبية. اثنان ، لبتونات عالية الطاقة تطفو حول مركز المجرة يمكن أن تفسر أشعة غاما الإضافية التي نراها هناك. ثالثًا ، نظرًا لأن اللب في مجرتنا يحتوي على أعلى كثافة للمادة ، نعتقد أن هناك أيضًا تركيزًا كبيرًا من المادة المظلمة هناك.

صدفة؟ أم مؤامرة؟

الرابط بين هاتين الملاحظتين له اسم رائع بشكل مناسب: بوابات الجاذبية المحبة للدهن ، كما هو مفصل من قبل Sun Xu-Dong و Dai Ben-Zhong ، من مختبر الصين الرئيسي لفيزياء الجسيمات الفلكية ، في بحثهم arXiv. الدراسة لم تخضع للمراجعة من قبل الزملاء.

لنبدأ بجزء “بوابات الجاذبية”. بقدر ما نفهم الجاذبية ، فهي تسحب الأشياء فقط. الأرض تسحب القمر . الشمس تسحب الأرض. النجوم في مجرة ​​تسحب بعضها البعض ، وهكذا. وتقوم الجاذبية بعمل جيد حقًا في السحب.

لذا ظاهريًا ، الشيء الوحيد الذي يمكن للجاذبية أن تفعله للمادة المظلمة هو… الجذب. Advertisement

لكن فهمنا للجاذبية غير كامل. يمكن للفيزياء أن تفسر عمل الجاذبية على نطاق واسع ، لكن لا يوجد ما يسمى بنظرية الكم للجاذبية ، والتي من شأنها أن تصف الجاذبية القوية التي تعمل بمقاييس صغيرة جدًا. وفي هذا النظام ، قد يكون للجاذبية بعض المفاجآت.

إن قوى الطبيعة الأخرى قادرة على القضاء على الجسيمات وتحويلها وخلقها في كل وقت. يمكن للقوة النووية الضعيفة ، على سبيل المثال ، تحويل البروتون إلى نيوترون ، مما يؤدي إلى تحلل إشعاعي. يمكن للجسيم والجسيم المضاد الاتصال عبر القوة الكهرومغناطيسية ، مما يؤدي إلى إبادة بعضهما البعض في موجة من الإشعاع.

لذلك ربما تستطيع الجاذبية ، في الحالات القصوى ، أن تجمع جسيمين من المادة المظلمة معًا وتدمرهما ، وتحولهما إلى … أي شيء ، حقًا.

ووفقًا للنموذج النظري الذي حدده الباحثون ، ربما يمكن أن تتحول جسيمات المادة المظلمة هذه إلى لبتونات. ومن هنا جاء الجزء “leptophilic” من الاسم ، والذي يعني “محبي اللبتون”. 

وفقًا للنظرية الجديدة ، يمكن لجسيمات المادة المظلمة أحيانًا أن تبيد بعضها البعض من خلال لا شيء أكثر من تفاعلات الجاذبية الصدفة. تُعرف تفاعلات الصدفة هذه في مصطلحات الفيزياء باسم “بوابات الجاذبية” ، لأنها توفر وسيلة للجسيمات للتفاعل من خلال الجاذبية وحدها. ناتج هذا الاصطدام هو إلكترون عالي الطاقة. ستكون هذه التفاعلات أكثر شيوعًا في مركز المجرة ، حيث من المرجح أن تكون كثافة المادة المظلمة هي الأعلى. ستنتقل هذه الإلكترونات بعد ذلك ، وتصطدم في النهاية بفوتون منخفض الطاقة وتتحول إلى أشعة جاما ، مسببة الزيادة التي نلاحظها.

نعم ، هذه الفكرة امتداد. ولكن بالنظر إلى أن علماء الفيزياء في حالة جهل عندما يتعلق الأمر بهوية المادة المظلمة ، فإن الأفكار الجديدة مرحب بها دائمًا. وهذه النظرية صُممت خصيصًا لتلائم رصد أشعة جاما. ولكن بمجرد فتح هذا المدخل ، مما يسمح لجسيمات المادة المظلمة بالتحول إلى مادة عادية (اللبتونات ، في هذه الحالة) ، يمكن القيام بمزيد من العمل النظري لمعرفة ما إذا كانت هناك طرق أخرى لاختبار النظرية.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com