منذ حوالي 25 عامًا ، لاحظ علماء الفيزياء الفلكية شيئًا مثيرًا للاهتمام حول الكون. حقيقة أنها كانت في حالة توسع كانت معروفة منذ عشرينيات القرن الماضي ، بفضل ملاحظة إدوين هابل. ولكن بفضل الملاحظات التي أجراها علماء الفلك مع المرصد الفضائي الذي يحمل اسمه ( تلسكوب هابل الفضائي ) ، بدأوا يلاحظون كيف أن معدل التوسع الكوني آخذ في الازدياد!
وقد أدى ذلك إلى النظرية القائلة بأن الكون مليء بقوة غير مرئية وغامضة ، تُعرف باسم الطاقة المظلمة (DE). بعد عقود من اقتراحه ، لا يزال العلماء يحاولون تحديد هذه القوة المراوغة التي تشكل حوالي 70٪ من ميزانية الطاقة في الكون. وفقا ل دراسة حديثة بواسطة فريق دولي من الباحثين ، ربما تكون تجربة XENON1T قد اكتشفت بالفعل هذه القوة المراوغة ، مما يفتح إمكانيات جديدة لأبحاث DE في المستقبل.
قاد البحث الدكتور صني فاجنوزي ، الباحث في معهد كافلي لعلم الكونيات (KICC) في جامعة كامبريدج ، والدكتور Luca Visinelli ، أ زمالة للابتكار (FELLINI) الباحث (الذي يتم الاحتفاظ به بدعم من زمالة ماري سكلودوفسكا كوري ) في ال المعهد الوطني للفيزياء النووية (INFN) في فراسكاتي ، إيطاليا. وانضم إليهم باحثون من معهد الفيزياء Theórique (IPhT) ، وجامعة كامبريدج ، وجامعة هاواي.
كل من DM و DE جزء من مادة لامدا الباردة المظلمة نموذج (LCDM) لعلم الكونيات ، والذي يفترض أن الكون مليء بجسيمات باردة بطيئة الحركة (DM) تتفاعل مع المادة الطبيعية عبر قوة الجاذبية وحدها. تمثل Lambda DE ، والتي تعمل على تسريع توسع الكون. نظرًا لأنه لا يتم تمييزها إلا من خلال ملاحظة تأثيرها على البنية واسعة النطاق للكون ، فإن التفكير التقليدي يعتقد أنه لا توجد قوة تتفاعل مع المادة الطبيعية عن طريق الكهرومغناطيسية أو القوة النووية الضعيفة أو القوية.
ومع ذلك ، تفترض بعض نظريات DM أن هناك مستوى معينًا من التفاعل مع المادة المرئية ، والتي يختبرها الباحثون بنشاط. ومع ذلك ، بدلاً من المزيد من نتائج الاختبارات ، لا يزال علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الكونيات غير واضحين بشأن كيفية ملاءمة DE مع القوانين الفيزيائية التي تحكم الكون. حتى الآن ، يتضمن المرشحون تعديلًا للنسبية العامة لأينشتاين (GR) ، أو وجود حقل جديد ، أو الثابت الكوني (CC). كما قال الدكتور فيزينيلي لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
لهذا السبب ، ربما تكون الطاقة المظلمة أكثر غموضًا من المادة المظلمة. نرى تأثيرات الطاقة المظلمة من خلال عدد من الملاحظات ، بدءًا من العمل الأساسي على المستعر الأعظم 1A كشموع قياسية ، بافتراض أن الطاقة المظلمة هي حقًا مجال ، فإن الكميات المرتبطة بها ستكون خفيفة للغاية وتحمل القليل جدًا من الطاقة. وهذا هو سبب تكريس القليل جدًا من العمل لهذه الأنواع من عمليات البحث '.
يعتمد عملهم على بحث جديد يتطلع إلى ما هو أبعد من نموذج LCDM القياسي لعلم الكونيات للنظر في أن DE يتفاعل مع الضوء من خلال التأثير على خصائصه (أي الاستقطاب واللون والاتجاه). ومع ذلك ، يمكن أن تخضع هذه التفاعلات لآليات الفرز التي تمنع التجارب المحلية من اكتشافها. في هذا النموذج ، من المتوقع أنه يمكن إنتاج كوانتا الطاقة المظلمة في الشمس.
كاشف XENON1T ، الموضح أدناه. الائتمان: تعاون XENOX.
كما أوضح الدكتور Vagnozzi ، فإن العلاقة المحتملة بين الفحص والطاقة المظلمة أتت إليه أولاً عندما كان يستحم في يوم من الأيام:
'أتذكر أنه كان يوم 20 يونيو وكنت أستحم وأفكر في الأكسيونات الشمسية (وليس) شرح XENON ، وأدركت أن المخرج الواضح هو الفحص ، لأنه سيوقف الإنتاج في النجوم الأكثر كثافة. عادة ما يرتبط الفحص بنماذج الطاقة المظلمة و / أو الجاذبية المعدلة ، وكان هناك 'نقرة'.'
'لقد بدأت على الفور Whatsapped Luca وبدأنا العمل على هذا على الفور (واتصلنا بالمؤلفين الآخرين المشاركين لدينا الذين هم خبراء في الطاقة المظلمة التي تم فحصها / نماذج الجاذبية المعدلة).
من أجل دراستهم ، نظر الفريق بقيادة الدكتور فاغنوزي والدكتور فيزينيلي في البيانات الصادرة عن تعاون XENON ، فريق بحث في بلدية دبي مكون من 135 محققًا من 22 مؤسسة حول العالم. في قلب تجربتهم يوجد كاشف بقدرة 3500 كجم (7715 رطلاً) من الزينون السائل شديد النقاء والموجود داخل خزان مياه يبلغ 10 أمتار (32.8 قدمًا). يقع في INFN مختبرات جران ساسو الوطنية ، XENON هي أيضًا أكثر تجارب المادة المظلمة حساسية (DM) التي تم إجراؤها على الإطلاق.
في عام 2020 ، نشر Collaboration نتائج تجربتهم التجريبية (2016 إلى 2018) ، والتي أظهرت معدلًا غير متوقع لأحداث ارتداد الإلكترون. وفقًا للتعاون ، فإن هذا لا يشكل اكتشافًا DM ولكن يمكن تفسيره بكمية صغيرة متبقية من التريتيوم في التجربة ، أو وجود جسيم جديد (مثل الأكسيون الشمسي) ، أو خاصية غير مفسرة في النيوترينوات.
أعلى صفيف PMT مع جميع الكابلات الكهربائية. الائتمان: مشروع XENON Dark Matter
من أجل دراستهم ، مع ذلك ، افترض الفريق بقيادة Vagnozzi و Visinelli أنه ربما كان أول اكتشاف مباشر لـ DE. قال فاغنوزي:
'في نموذجنا ، تمتلك الطاقة المظلمة خصائص غريبة: يرتبط مصطلح كتلتها بكثافة البيئة ، بحيث تحمي المواد الأكثر كثافة تأثيرات الطاقة المظلمة ، بينما تسمح البيئات الأخف مثل الفضاء بين المجرات بمدى بعيد من الطاقة المظلمة.
'في هذا النموذج المسمى' الحرباء '، يتم إنتاج كمات الطاقة المظلمة في منطقة الشمس التي يكون فيها المجال الكهرومغناطيسي هو الأقوى ، والتاكوكلين ، وهي المنطقة التي ينتقل فيها نقل الطاقة داخل الشمس من الإشعاعية للحمل. تسمح كثافة الطاقة العالية في الإشعاع الكهرومغناطيسي في المنطقة باقتران قوي مع مجال الحرباء وإنتاجها '.
إذا كان هذا صحيحًا ، فهذا يعني أن التجارب في جميع أنحاء العالم الموجهة حاليًا نحو أبحاث Dark Matter يمكن أيضًا تخصيصها للبحث عن Dark Energy. تحقيقا لهذه الغاية ، يأمل كل من د. فاغنوزي والدكتور فيزينيلي أن تثير هذه الدراسة الاهتمام بنماذج جسيمات DE وأن البحث عن هذه الجسيمات المراوغة يمكن أن يتم بالتوازي مع البحث المستمر عن DM. إذا لم يكن هناك شيء آخر ، فستختبر هذه التجارب النظريات حول DE التي تتجاوز نموذج LCDM ، مما يساعد العلماء على تضييق قائمة المرشحين. قال د.
'يمكن للعديد من التجارب الأخرى المصممة لـ Dark Matter أن تحمل أيضًا معلومات حول هذه الحرباء ، ونأمل أن يتم تصور تصميم إعدادات مستقبلية لعمليات البحث هذه. ستكون هناك حاجة أيضًا إلى اختبار مستقل باستخدام البيانات الكونية المتقاطعة مع التنبؤات من نموذج الحرباء. بالنسبة لنا ، نخطط لتحسين العمليات الحسابية في ورقتنا باستخدام نموذج شمسي ، ودراسة إنتاج الحرباء في النجوم الضخمة ، والاتصال بالخبراء التجريبيين للحصول على التحديثات '.
محاكاة Illustris ، توضح توزيع المادة المظلمة في 350 مليونًا بمقدار 300000 سنة ضوئية. تظهر المجرات كنقاط بيضاء عالية الكثافة (يسار) ومادة باريونية عادية (على اليمين). الائتمان: ماركوس حيدر / المصور
في الورقة الأخيرة Vagnozzi و Dr.Vagnozzi و Dr. لقد قرروا أن هذا لم يكن مرجحًا ، على الأقل عند تطبيقه على الملاحظات الحساسة للتطور الخطي للبنية الكونية ، مثل الخلفية الكونية الميكروية (CMB) وتجميع البنية واسعة النطاق على المستوى الخطي.
ومع ذلك ، يعمل الدكتور Vagnozzi أيضًا بدرجة دكتوراه. طالب في ميونيخ لتوسيع هذه الدراسة والتنبؤ بالآثار المترتبة على تفاعل DE مع المادة العادية. على وجه التحديد ، يريدون دراسة تأثير ذلك على التجمعات غير الخطية لهيكل الكون واسع النطاق ، وكذلك على بنية المجرات والعناقيد المجرية. إلى جانب المسوحات واسعة النطاق ، والتي ستستفيد من تلسكوبات الجيل التالي في السنوات القادمة ، يمكن أن يكون علماء الفلك وعلماء الكون على وشك تسليط الضوء على 'الكون المظلم'!
قراءة متعمقة: مراجعة البدنية د