أظهر علماء الفيزياء الفلكية كيف تغير المادة المظلمة إشارات موجات الجاذبية
تعتبر المادة المظلمة أحد المكونات الرئيسية للفضاء. تحدث فريتز زويكي لأول مرة عن إمكانية وجودها في الثلاثينيات. وفي وقت لاحق، من خلال مراقبة دوران المجرات، أظهر فيرا روبين وكينت فورد أن المادة المرئية ليست كافية لتفسير ديناميكياتها. يقترح العلماء الآن أن المادة المظلمة تلعب دورًا حاسمًا في تكوين المجرات والبنية واسعة النطاق للكون، وهو نمط توزيع المادة على أكبر المقاييس التي يمكن ملاحظتها. صحيح أن طبيعة هذه المادة الغامضة لا تزال مجهولة. لطالما اعتبرت الجسيمات الضخمة ذات التفاعل الضعيف (WIMPs) مرشحة محتملة لدور المادة المظلمة. بالإضافة إلى حقيقة أنها تتلاءم بشكل جيد مع النموذج القياسي لعلم الكونيات، فقد جاءت شعبيتها بسبب ما يسمى بمعجزة WIMP: وهي مصادفة نظرية تفسر كثافة المادة المظلمة المرصودة اليوم. لكن لم تقدم أي تجربة تأكيدًا لا لبس فيه على وجود الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل، لذلك يدرس الباحثون بنشاط خيارات أخرى، كما ذكرت مجلة Naked Science سابقًا. في السنوات الأخيرة، أصبحت موجات الجاذبية (موجات الجاذبية) – وهي تموجات في الزمكان ناتجة عن الحركة المتسارعة للأجسام الضخمة – أداة مهمة لدراسة الكون. دعونا نتذكر أن ألبرت أينشتاين تنبأ بوجودها، وتم أول اكتشاف مباشر لها في عام 2015. ومنذ ذلك الحين، تقدم علم فلك موجات الجاذبية بسرعة، حيث سجلت أجهزة الكشف LIGO، وVIRGO، وKAGRA عشرات الأحداث، وستكون مقاييس التداخل المستقبلية، بما في ذلك LISA، وTaiji، وTianQin، قادرة على مراقبة الموجات المنخفضة التردد من أنظمة أكثر ضخامة وبعيدة.
نظر مؤلفو دراسة جديدة نُشرت على خادم ما قبل الطباعة بجامعة كورنيل في عدة آليات يمكن من خلالها أن تؤثر المادة المظلمة على موجات الجاذبية. اتضح أنها قادرة على تغيير ديناميكيات مصادر الموجة نفسها. على سبيل المثال، إذا كانت هناك سحابة كثيفة من المادة المظلمة حول ثقب أسود فائق الكتلة، فإن الجسم الأقل كتلة – ثقب أسود أو نجم نيوتروني – سيفقد الطاقة تدريجيًا ليس فقط بسبب انبعاث موجات الجاذبية، ولكن أيضًا بسبب التفاعل مع المادة غير المرئية المحيطة. يُسمى هذا التأثير بالاحتكاك الديناميكي: تخلق جزيئات المادة المظلمة مقاومة إضافية لحركة الجسم، ونتيجة لذلك يتطور مداره بشكل أبطأ أو أسرع. وهذا بدوره ينعكس في طور وشكل إشارة الجاذبية، التي تسجلها أجهزة الكشف.
[shesht-info-block number=2]بالإضافة إلى ذلك، يمكن للمادة المظلمة أن تؤثر على انتشار موجات الجاذبية نفسها. إذا كانت هناك تراكمات كثيفة من المادة غير المرئية في مسار الإشارة، فيمكنها أن تعمل كنوع من عدسات الجاذبية، مما يؤدي إلى ثني مسار الموجات وتغيير اتساعها. في بعض الحالات، يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقلبات مميزة في شدة الإشارة أو حتى ظهور عدة نسخ من نفس الموجة تصل إلى الكاشف مع تأخير زمني بسيط. في هذه الحالة، يمكن أن يظهر تأثير المادة المظلمة بشكل مباشر في أجهزة الكشف، مما يترك نظريًا إشارة دورية مميزة في البيانات. توصل علماء الفيزياء الفلكية إلى هذه الاستنتاجات من خلال إجراء حسابات نظرية لكيفية تأثير سحب المادة المظلمة حول الثقوب السوداء وغيرها من الأجسام المدمجة على مداراتها وشكل موجات الجاذبية المسجلة.
[shesht-info-block number=3]إذا أمكن اكتشاف مثل هذه التأثيرات من خلال عمليات رصد حقيقية، فقد يصبح علم فلك موجات الجاذبية أداة جديدة في البحث عن المادة المظلمة. في هذه الحالة، سيتمكن العلماء من دراسة خصائصه ليس من خلال تصادمات الجسيمات النادرة في المختبرات، ولكن من خلال التشوهات الدقيقة للإشارات الصادرة عن الكوارث الكونية. ولأول مرة، ستسمح لنا مقاييس التداخل المستقبلية بـ “رؤية” توزيع المادة غير المرئية في الكون، وفي المقام الأول مهمة LISA، التي من المقرر إطلاقها في عام 2034.
