في فبراير 2016 والعلماء الذين يعملون في مرصد مقياس التداخل بالليزر لموجات الجاذبية صنع (LIGO) التاريخ عندما أعلنوا عن أول اكتشاف على الإطلاق لـ موجات الجاذبية . منذ ذلك الوقت ، حدثت العديد من الاكتشافات والتعاون العلمي بين المراصد - مثل Advanced LIGO و برج العذراء المتقدم - تسمح بمستويات غير مسبوقة من الحساسية ومشاركة البيانات.
لم يؤكد هذا الحدث فقط تنبؤًا عمره قرن من الزمان قام به نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، كما أدى إلى ثورة في علم الفلك. كما عززت آمال بعض العلماء الذين اعتقدوا أن الثقوب السوداء يمكن أن تكون مسؤولة عن 'الكتلة المفقودة' للكون. لسوء الحظ ، أ دراسة جديدة بواسطة فريق من علماء الفيزياء في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، أظهروا أن الثقوب السوداء ليست مصدر البحث عن الثقوب السوداء المادة المظلمة .
دراستهم ، ' حدود الأجسام المدمجة ذات الكتلة النجمية كمادة مظلمة من عدسة الجاذبية للمستعرات الأعظمية من النوع Ia '، ظهر مؤخرًا فيخطابات المراجعة المادية. قاد الدراسة ميغيل زومالاكاريغو ، زميل ماري كوري العالمي في مركز بيركلي للفيزياء الكونية (BCCP) ، بدعم من Uros Seljak - أستاذ في علم الكونيات والمدير المشارك لـ BCCP.
ببساطة ، تظل المادة المظلمة واحدة من أكثر الألغاز المراوغة والمزعجة التي تواجه علماء الفلك اليوم. على الرغم من حقيقة أنها تشكل 84.5٪ من المادة الموجودة في الكون ، إلا أن جميع محاولات اكتشافها باءت بالفشل حتى الآن. تم اقتراح العديد من المرشحين ، بدءًا من الجزيئات الخفيفة (الأكسيونات) إلى الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPS) والأجسام الهائلة المضغوطة الضخمة (MACHOs).
ومع ذلك ، يتراوح هؤلاء المرشحون في الكتلة بترتيب 90 ، وهو ما حاول العديد من المنظرين حله من خلال اقتراح إمكانية وجود أنواع متعددة من المادة المظلمة. ومع ذلك ، فإن هذا سيتطلب تفسيرات مختلفة لأصولها ، مما سيزيد من تعقيد النماذج الكونية. كما أوضح ميغيل زومالاكاريغي في جامعة كاليفورنيا في بيركلي مؤخرًا خبر صحفى :
'يمكنني أن أتخيل أنهما نوعان من الثقوب السوداء ، ثقيل جدًا وخفيف جدًا ، أو ثقوب سوداء وجزيئات جديدة. ولكن في هذه الحالة ، يكون أحد المكونات أثقل من الآخر ، ويتعين إنتاجهما بوفرة مماثلة. سننتقل من شيء فيزيائي فلكي إلى شيء مجهري حقًا ، وربما حتى أخف شيء في الكون ، وسيكون من الصعب جدًا تفسير ذلك '.
من أجل دراستهم ، أجرى الفريق تحليلًا إحصائيًا لـ 740 من ألمع المستعرات الأعظمية المكتشفة (اعتبارًا من 2014) من أجل تحديد ما إذا كان أي منها قد تم تضخيمه أو تفتيحه بسبب وجود ثقب أسود متداخل. تُعرف هذه الظاهرة ، حيث تعمل قوة الجاذبية لجسم كبير على تكبير الضوء القادم من أجسام بعيدة باسم ' عدسة الجاذبية '.
يبدو انفجار سوبرنوفا لنجم هائل أكثر إشراقًا لمراقب على الأرض إذا كان هناك ثقب أسود بين الانفجار والمراقب. الائتمان: صورة APS / Carin Cain
في الأساس ، إذا كانت الثقوب السوداء هي الشكل المهيمن للمادة في الكون ، فإن المستعرات الأعظمية المكبرة جاذبيًا ستحدث كثيرًا بسبب الثقوب السوداء البدائية. يُعتقد أن هذه الأشكال الافتراضية للثقب الأسود قد تشكلت في غضون أجزاء من الألف من الثانية الأولى بعد الانفجار العظيم في أجزاء من الكون حيث تركزت الكتلة عند عشرات أو مئات الكتل الشمسية ، مما تسبب في تكون أقدم الثقوب السوداء.
إن وجود هذه الكتلة من الثقب الأسود ، بالإضافة إلى أي أجسام مضغوطة ضخمة ، من شأنه أن ينحني بقوة الجاذبية ويكبر الضوء من الأجسام البعيدة في طريقه إلى الأرض. سيكون هذا صحيحًا بشكل خاص بالنسبة للمستعرات الأعظمية البعيدة من النوع Ia ، والتي استخدمها علماء الفلك لعقود كمصدر قياسي للسطوع لقياس المسافات الكونية ومعدل تمدد الكون.
ومع ذلك ، بعد إجراء تحليل إحصائي معقد للبيانات حول سطوع ومسافة 740 سوبر نوفا - 580 في الاتحاد و 740 في كتالوجات تحليل منحنى الضوء المشترك (JLA) - خلص الفريق إلى أن ثمانية من المستعرات الأعظمية يجب أن تكون أكثر إشراقًا بواسطة a بضعة أعشار في المائة مما لوحظ تاريخيًا. ومع ذلك ، لم يتم اكتشاف مثل هذا السطوع ، حتى عندما تم أخذ الثقوب السوداء منخفضة الكتلة في الاعتبار.
قال Zumalacárregui: 'لا يمكنك رؤية هذا التأثير على مستعر أعظم واحد ، ولكن عندما تجمعهم جميعًا معًا وتقوم بتحليل بايزي كامل ، فإنك تبدأ في وضع قيود شديدة جدًا على المادة المظلمة ، لأن كل مستعر أعظم مهم ولديك الكثير منها'.
وفقًا لبعض النظريات ، تشكلت الثقوب السوداء (البدائية) الأولى بعد أجزاء من الثانية بعد الانفجار العظيم. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
واستنتجوا من تحليلهم أن الثقوب السوداء لا يمكن أن تشكل أكثر من 40٪ من المادة المظلمة في الكون. بعد تضمين 1048 سوبر نوفا أكثر سطوعًا من كتالوج البانثيون (وعلى مسافات أكبر) ، أصبحت القيود أكثر إحكامًا. مع مجموعة البيانات الثانية هذه ، حصلوا على حد أعلى أدنى - 23٪ - مما كان عليه في تحليلهم الأصلي.
تشير هذه النتائج إلى أن أيا من المادة المظلمة في الكون لا تتكون من ثقوب سوداء ثقيلة ، أو أي كائنات ضخمة مماثلة مثل MACHOs. قال سلجق: 'لقد عدنا إلى المناقشات المعتادة'. 'ما هي المادة المظلمة؟ في الواقع ، تنفد الخيارات الجيدة لدينا. هذا تحدٍ للأجيال القادمة '.
استندت هذه الدراسة إلى بحث سابق أجراه Seljak في أواخر التسعينيات عندما كان العلماء يفكرون في MACHOs والأجسام الضخمة الأخرى كمصدر محتمل للمادة المظلمة. ومع ذلك ، كانت الدراسة محدودة بسبب حقيقة أنه تم اكتشاف عدد قليل فقط من المستعرات الأعظمية البعيدة من النوع Ia أو تم قياس مسافاتها في ذلك الوقت.
بالإضافة إلى ذلك ، تحول البحث عن المادة المظلمة بعد ذلك بوقت قصير من الأجسام الكبيرة إلى الجسيمات الأساسية (مثل WIMPs). ونتيجة لذلك ، لم تتحقق خطط المتابعة المدروسة. ولكن بفضل ملاحظات ليجو لموجات الجاذبية ، ظهر الارتباط المحتمل بين الثقوب السوداء والمادة المظلمة مرة أخرى وألهم سيلجاك وزومالاكاريغي لإجراء تحليلهما.
انطباع الفنان عن وجود ثقبين أسودين مدمجين ، والذي تم افتراضه ليكون مصدرًا لموجات الجاذبية. الائتمان: Bohn ، Throwe ، Hébert ، Henriksson ، Bunandar ، Taylor ، Scheel / SXS
قال سيلجاك: 'الشيء المثير للاهتمام هو أن كتل الثقوب السوداء في حدث ليجو كانت صحيحة حيث لم يتم استبعاد الثقوب السوداء بعد باعتبارها مادة مظلمة'. 'كانت تلك صدفة مثيرة للاهتمام جعلت الجميع متحمسين. لكنها كانت مصادفة '.
تم تبني نظرية المادة المظلمة رسميًا في السبعينيات ، خلال 'العصر الذهبي للنسبية' ، لتفسير التناقضات بين الكتلة الظاهرية للأجسام في الكون وتأثيراتها الجاذبية المرصودة. يبدو أنه بعد نصف قرن ، ما زلنا نحاول تعقب هذه الكتلة الغامضة غير المرئية. ولكن مع كل دراسة ، يتم وضع قيود إضافية على Dark Matter وإلغاء المرشحين المحتملين.
بمرور الوقت ، قد نفتح هذا اللغز الكوني ونقترب خطوة واحدة من فهم كيفية تشكل الكون وتطوره.
قراءة متعمقة: أخبار بيركلي و خطابات المراجعة المادية
