قد تحمل الجسيمات الغريبة أدلة على المادة المظلمة الغامضة

تُظهر صورة تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا توزيع المادة المظلمة في مركز مجموعة المجرات العملاقة أبيل 1689 ، التي تحتوي على حوالي 1000 مجرة ​​وتريليونات من النجوم. المادة المظلمة هي شكل غير مرئي من المادة التي تمثل معظمها

تُظهر صورة تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا توزيع المادة المظلمة في مركز مجموعة المجرات العملاقة أبيل 1689 ، التي تحتوي على حوالي 1000 مجرة ​​وتريليونات من النجوم. المادة المظلمة هي شكل غير مرئي من المادة التي تمثل معظم كتلة الكون. (رصيد الصورة: NASA / JPL-Caltech / ESA / Institute of Astrophysics of Andalusia، University of Basque Country / JHU)



تشكل المادة المظلمة حوالي 80٪ من كتلة الكون ، لكن العلماء ما زالوا لا يعرفون ما هي الأشياء الغريبة.



اقترح العلماء عددًا من الجسيمات كمكونات مرشحة للغموض المادة المظلمة ، والذي سمي بهذا الاسم لأنه على ما يبدو لا يبعث الضوء ولا يمتصه. لا يزال البحث جاريًا للعثور على هذه الجسيمات الغريبة وتمييزها ، من WIMPS إلى النيوترينوات المعقمة إلى الأكسيونات.

قال شونساكو هوريوتشي ، من جامعة كاليفورنيا-إيرفين ، في مؤتمر صحفي في اجتماع أبريل للجمعية الفيزيائية الأمريكية في سافانا ، جورجيا: 'إن الفضاء النظري لما قد تكون عليه المادة المظلمة هائل'. [ شرح المادة المظلمة (إنفوجرافيك) ]



يعرف علماء الفلك المزيد عن ماهية المادة المظلمة أكثر مما هي عليه في الواقع. تعرف على ما يعرفه العلماء عن المادة المظلمة في مخطط المعلومات هذا من موقع demokratija.eu.

يعرف علماء الفلك المزيد عن ماهية المادة المظلمة أكثر مما هي عليه في الواقع. تعرف على ما يعرفه العلماء عن المادة المظلمة في مخطط المعلومات هذا من موقع demokratija.eu .(رصيد الصورة: كارل تيت ، فنان الرسوم البيانية في موقع demokratija.eu)

حجة قوية ل WIMPs



متي الانفجار الكبير خلق الكون منذ 13.8 مليار سنة ، تم إنتاج جسيمات المادة المظلمة جنبًا إلى جنب مع المادة 'العادية' التي يمكننا رؤيتها ولمسها. يقول العلماء إن التصادم بين جسيمات المادة المظلمة ربما يكون قد قضى على العديد من الجسيمات ، ولكن مع برودة الكون وتمدده ، تباطأ معدل الاصطدام ، تاركًا وراءه المادة المظلمة الموجودة اليوم.

اقترح لأول مرة في الثمانينيات ، ربما تكون الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs) هي المرشح الرئيسي للمادة المظلمة. WIMPs أكبر بحوالي 100 مرة من الإلكترونات وتتفاعل من خلال الجاذبية والقوة النووية الضعيفة. لا تتفاعل WIMPs بقوة مع المادة العادية ، لكنها تتفاعل مع بعضها البعض ، مما ينتج عنه أشعة غاما يمكن اكتشافها في هذه العملية.

أحد أجهزة الكشف العديدة التي تبحث عنها WIMPs يتم تشغيله من خلال تعاون Coherent Germanium Neutrino Technology (CoGeNT). يقع كاشف CoGeNT في أعماق الأرض داخل منجم سودان في مينيسوتا ، محميًا من التداخل في الخلفية. توجد بلورة من عنصر الجرمانيوم داخل صندوق ، في انتظار تصادم نادر بين جسيم WIMP وارد ونواة ذرة واحدة في الكاشف. يتسبب الاصطدام في ارتداد يولد كمية صغيرة من الطاقة القابلة للقياس.



قدم Blas Cabrera من جامعة ستانفورد تحديثًا لبحث تعاون CoGeNT عن المادة المظلمة. من خلال تغيير كاشفات السيليكون للجرمانيوم ، أبلغ عن ثقة أكبر في نتائج الفريق.

في الآونة الأخيرة ، قام فريق آخر بفحص بيانات CoGeNT واعتقدوا أنهم حددوا WIMPs. ومع ذلك ، كرر فريق CoGeNT التحليل ووجدوا WIMPs في أجهزة كشف متعددة - وهي علامة ، كما قال كابريرا ، على أن الاكتشاف لم يكن جسيمات المادة المظلمة المحتملة.

قال كابريرا: 'يجب أن تتفاعل WIMPs بشكل ضعيف لدرجة أنها لا تتفاعل أبدًا في كاشفين'.

بدلاً من ذلك ، يعتقد أن الإشارات كانت ضوضاء في الخلفية ، مما أدى بالفريق إلى تحسين نمذجة البيانات.

حتى الآن ، لم يتم تأكيد أي اكتشافات محتملة لـ WIMP - ولكن هذا يعمل على تضييق نطاق التفاعلات المحتملة.

قال كابريرا: 'نظرًا لاستكشاف المناطق المركزية لنموذج WIMP وعدم العثور على WIMPs ، فهذا يعني أنه من المهم بالنسبة لنا توسيع نطاق البحث بين جميع التفاعلات الممكنة بين المادة المظلمة والنواة'.

تعتبر المجرات القزمية مثل هذا القمر الصناعي الكروي درب التبانة مصدرًا رئيسيًا لاستضافة المادة المظلمة.

تعتبر المجرات القزمية مثل هذا القمر الصناعي الكروي درب التبانة مصدرًا رئيسيًا لاستضافة المادة المظلمة.(رصيد الصورة: ESO / Digital Sky Survey 2)

نيوترينوات معقمة غزيرة الإنتاج

مصدر آخر محتمل للمادة المظلمة هو النيوترينوات العقيمة ، وهي جسيمات افتراضية تتفاعل فقط مع قوى الجاذبية. الجسيمات صغيرة ، أقل من جزء من المليار من كتلة البروتون.

قال هوريوتشي: 'النيوترينوات العقيمة لها الدافع لتفسير كتل النيوترينو ، ومدى ضآلة كتل النيوترينو النشطة'.

أنتجت في ولادة الكون ، لن تتفاعل النيوترينوات العقيمة مع الجسيمات غير النيوترينو. وبدلاً من ذلك ، فإنها تتحلل ببطء أثناء إصدار الأشعة السينية.

يتوقع العلماء أن المادة المظلمة تهيمن على المجرات القزمية مثل تلك التي تحيط بدرب التبانة. [صور مذهلة لمجرة درب التبانة (معرض)]

أفضل القياسات تأتي من الأشعة السينية والصغيرة المجرات قال هوريوتشي.

وأفاد أنه في فبراير ، أعلنت ورقتان مستقلتان عن اكتشاف خطوط الأشعة السينية في كثافات مختلفة من المادة المظلمة لا تفسرها الأحداث الفيزيائية الفلكية. كلتا الورقتين ، اللتين تم نشرهما على الإنترنت ولم يتم إخضاعهما بعد لمراجعة الأقران ، قاما ببناء نموذج تم إنشاؤه بواسطة تحلل النيوترينو المعقم ، والذي يناسب الاكتشافات المرصودة بشكل أفضل بكثير من أي مصادر فلكية.

الأكسيونات في كل مكان

المصدر الثالث المحتمل للمادة المظلمة هو الأكسيونات ، وهي جسيمات افتراضية تم التنبؤ بها نتيجة للفيزياء النووية. قادت كتلتها المنخفضة ووفرتها النظرية العلماء إلى اقتراحها على أنها مادة مظلمة محتملة ، على الرغم من أنها يمكن أن تكون موجودة بالفعل وليست جزءًا من الكتلة الغامضة للكون.

الأكسيونات لها عمر أطول من عمر الكون ويجب أن توجد في كل مكان حولنا. يقول جراي ريبكا من جامعة واشنطن أن 100 كوادريليون (1017) الأكسيونات تتناسب مع فنجان من القهوة.

تعمل Rybka على تجربة المادة المظلمة في Axion (ADMX) ، حيث تبحث عن محاور ذات مغناطيس كبير فائق التوصيل. عندما تصطدم المحاور بالمجال المغناطيسي وترتد ، يجب أن تخلق فوتونات يمكن اكتشافها بحجم تريليون من حجم الإلكترون. يمكن أن تغير قضبان التوليف تردد المغناطيس ، مما يسمح للتجربة بالبحث عن المحاور عند مجموعة متنوعة من الترددات.

قال ريبكا: 'تعمل التجربة كثيرًا مثل راديو AM ، حيث تضبط التردد في محاولة للعثور على محطتك'.

يعمل ADMX في درجات حرارة شديدة البرودة ، ويتجنب البحث عن الأكسيونات في المناطق التي استبعدتها بالفعل تجارب المادة المظلمة الأخرى ، وبدلاً من ذلك يركز على الكتل المحتملة المتبقية على مدى السنوات الست المقبلة.

قال ريبكا: 'سنبحث في المنطقة المعقولة بأكملها عن المادة المظلمة الأكسيونات'. بحلول الوقت الذي تنتهي فيه التجربة ، إذا كانت مادة الأكسيونات المظلمة موجودة ، فسنكون قد وجدناها.

يمكن أن تتكون المادة المظلمة من WIMPS أو نيوترينوات معقمة أو أكسيونات أو جسيمات أخرى لم يتم أخذها في الاعتبار بعد. قال الباحثون إنه يمكن أن يوجد أيضًا كمزيج من عدة جسيمات.

قال هوريوتشي: 'يمكن أن نكون في عالم به 50 في المائة من WIMPs ، و 50 في المائة نيوترينوات معقمة'. 'إنهم لا يتعارضون مع بعضهم البعض.'

وأشار ريبكا أيضًا إلى أن فريقه توقع 'احتمال أن تشكل الأكسيونات جزءًا من المادة المظلمة وليس كلها' ، وقاموا بضبط بحثهم وفقًا لذلك.

يرغب معظم العلماء في رؤية حل لغز المادة المظلمة المحير ، بغض النظر عن ماهية الجسيم أو من يجده.

قال كابريرا: 'أريد أن أعرف من هي المادة المظلمة ، ولا يهمني من يكتشفها'.

وردد علماء آخرون مشاعره ، لكن ريبكا قال إنه على استعداد لأن يكون مختلفًا.

قال مبتسماً: 'أفضل أن أجد المادة المظلمة أولاً'.

تابعنا تضمين التغريدة و موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك أو + Google . نُشر في الأصل في موقع demokratija.eu.