منذ الستينيات ، كان هناك إجماع عام بين علماء الفلك وعلماء الكون على أن غالبية الكون يتكون من كتلة غامضة وغير مرئية (تُعرف باسم المادة المظلمة ). في حين أن العلماء لم يتعرفوا بعد على الجسيم المرشح الذي يشكل هذه الكتلة ، فقد أظهرت الاختبارات والمحاكاة غير المباشرة أن المادة المظلمة يجب أن تكون موجودة حتى يكون الكون على ما هو عليه.
في تطور مذهل ، أجرى فريق من الباحثين الأوروبيين محاكاة بحثت في كون خالٍ من المادة المظلمة. باستخدام نظرية بديلة تُعرف باسم MOdified Newtonian Dynamics (MOND) ، أنشأ الفريق ملف محاكاة الكمبيوتر حيث كانت المجرات في الواقع مشابهة جدًا لما نراه في الكون اليوم. يمكن أن تساعد هذه النتائج في حل أحد أكثر الألغاز ديمومة في علم الكونيات الحديث.
الدراسة التي تصف النتائج التي توصلوا إليها (نُشرت مؤخرًا في مجلة الفيزياء الفلكية ) تم إجراؤه بواسطة مجموعة أبحاث السكان والديناميكيات النجمية (SPODYR) - بقيادة البروفيسور. بافل كروبا من معهد هيلمهولتز للإشعاع والفيزياء النووية في جامعة بون. وانضم إليه نيلس ويتنبرغ ، عضو الدكتوراه في SPODYR ، وبينوا فامي - مدير الأبحاث في جامعة ستراسبورغ.
اقترح الفيزيائي الإسرائيلي البروفيسور الدكتور مورديهاي ميلغروم النظرية القائلة بأن الجاذبية تتصرف بشكل مختلف عما كان يُعتقد سابقًا (اعتمادًا على المقياس) - ومن هنا جاء الاسم البديل 'جاذبية ميلغروميان'. وفقًا لهذه النظرية ، فإن التجاذب بين كتلتين يخضعان قوانين نيوتن للحركة (ويعرف أيضًا باسم الجاذبية العالمية) فقط إلى حد معين.
عند التسارع المنخفض ، كما هو الحال مع المجرات ، يصبح تأثير الجاذبية أقوى بشكل ملحوظ. باختصار ، لا يعتمد جاذبية الجسم على كتلته فحسب ، بل يعتمد أيضًا على ما إذا كانت الأشياء الأخرى في جواره. هذه النظرية هي تفسير محتمل لسبب عدم تفكك المجرات نتيجة لسرعة دورانها.
MOND جذابة أيضًا لأنها تجعل وجود المادة المظلمة (التي تظل غير مؤكدة) غير ضروري تمامًا. ومع ذلك ، تظل MOND نظرية غير مثبتة وغير مجربة إلى حد كبير ، وهو ما سعى ويتنبرغ وزملاؤه لمعالجته. بمساعدة Famaey ، استخدم الفريق برنامجًا حسابيًا يجري حسابات الجاذبية (التي صمموها) لمحاكاة الكون حيث يوجد MOND.
يتألف هذا من محاكاة ولادة النجوم والمجرات الأولى - التي يعتقد أنها تشكلت بين 100000 و 300000 سنة بعد الانفجار العظيم - وكيف تطورت منذ ذلك الحين. ما وجدوه ، المثير للاهتمام بما فيه الكفاية ، هو أن توزيع النجوم وسرعتها في المجرات التي تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر اتبعت نفس نمط تلك التي نراها في الكون اليوم.
بصفته ويتنبرغ ، المؤلف الرئيسي للدراسة ، شرح :
'في العديد من الجوانب ، تكون نتائجنا قريبة بشكل ملحوظ مما نلاحظه بالفعل باستخدام التلسكوبات. علاوة على ذلك ، أدت المحاكاة التي أجريناها في الغالب إلى تكوين مجرات ذات قرص دوار مثل درب التبانة وجميع المجرات الكبيرة الأخرى التي نعرفها تقريبًا. من ناحية أخرى ، تخلق محاكاة المادة المظلمة في الغالب مجرات بدون أقراص مادة مميزة - وهو تناقض مع الملاحظات يصعب تفسيره '.
بالإضافة إلى ذلك ، كانت محاكاة MOND محصنة ضد التغيرات في المعلمات ، مثل تواتر المستعرات الأعظمية وتأثيرها على توزيع المادة في المجرات. في حالة عمليات المحاكاة التي يُفترض فيها وجود المادة المظلمة ، فإن التغييرات في هذه المعلمات لها تأثير كبير. هذا لا يعني أن محاكاة MOND كانت صحيحة في جميع النقاط.
على سبيل المثال ، اعتمدت عمليات المحاكاة على بعض الافتراضات البسيطة إلى حد ما حول توزيع المادة والظروف السائدة خلال بداية الكون. وأكد البروفيسور Kroupa أن 'محاكاتنا ليست سوى خطوة أولى'. 'يتعين علينا الآن تكرار الحسابات وإدراج عوامل مؤثرة أكثر تعقيدًا. ثم سنرى ما إذا كانت نظرية MOND تفسر الواقع بالفعل '.
دائمًا ، عندما يتعلق الأمر بديناميكيات وسلوك الكون على أرقى المقاييس وأطول فترات زمنية ، فإن هيئة المحلفين لا تزال بعيدة. في حين أن وجود المادة المظلمة لا يزال غير مثبت ، فهي النظرية الكونية الوحيدة التي تتوافق مع النسبية العامة - وهي نظرية مثبتة إلى ما لا نهاية وفرضية العمل الوحيدة لكيفية تصرف الجاذبية على المقاييس الكونية.
الجدول الزمني للانفجار العظيم للكون. تؤثر النيوترينوات الكونية على إشعاع الخلفية الكونية في وقت انبعاثها ، وتهتم الفيزياء ببقية تطورها حتى اليوم. حقوق الصورة: NASA / JPL-Caltech / A. كاشلينسكي (GSFC)
وبينما تقدم MOND بعض الحلول للمشكلات النظرية التي قدمتها Dark Matter ، فإنها تقدم مشاكل خاصة بها. في المستقبل القريب ، سيذهب عدد من مراصد الجيل التالي التي يمكن أن تساعد في حل هذا اللغز إلى الفضاء - بما في ذلك تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) و ESA's إقليدس بعثة.
ستقدم هذه البعثات وغيرها صورة أفضل لهندسة الكون وقياسات محسنة للتوسع الكوني. من هذا ، يأمل العلماء في اكتساب فهم أفضل لكيفية تأثير المادة المظلمة على التطور الكوني - ناهيك عن ذلك الطاقة المظلمة ، لغز كوني آخر وهو أيضًا موضوع المناقشة !