باستخدام حاسوب عملاق، أكد فريق من علماء الفيزياء وجود تناقض بين ملاحظات الكون والتنبؤات النظرية حول بنيته.
استخدم الفريق برنامج PRIYA، وهو عبارة عن مجموعة من عمليات المحاكاة التي تأخذ بيانات الضوء البصري من مسحين لتنقية المعلمات الكونية، لتحديد القيود المفروضة على قياسات الكون وتطوره. نُشر بحث الفريق في وقت سابق من هذا الشهر في مجلة مجلة علم الكونيات وفيزياء الجسيمات الفلكية.
وباستخدام برنامج PRIYA، درس الفريق مخططات الطيف، وهي صور لخطوط انبعاث الهيدروجين في الكون. وقد التقطت مخططات الطيف غابة ليمان ألفا، وهي حشد كثيف من خطوط الامتصاص في أطياف النجوم الزائفة، وهي مصادر ضوء شديدة السطوع في الكون.
وفي بيان صادر عن الجامعة، قال سيمون بيرد، الفيزيائي بجامعة كاليفورنيا ريفرسايد والمؤلف المشارك في البحث، إن “ارتفاعات الترددات المفقودة في مخططات الطيف التي وضعها الفريق أشارت إلى الذرات والجزيئات التي واجهها الضوء على طول الطريق”. وأضاف: “نظرًا لأن كل نوع من الذرات لديه طريقة محددة لامتصاص الضوء، مما يترك نوعًا من التوقيع في مخطط الطيف، فمن الممكن تتبع وجودها، وخاصة الهيدروجين، العنصر الأكثر وفرة في الكون”.
المادة المظلمة هي الاسم الشامل لنحو 27% من محتوى الكون. وقد سُميت بهذا الاسم لأنها لم تُرصد بشكل مباشر من قبل، ولكن وجودها واضح من خلال تأثيراتها الجاذبية. وتقوم أدوات مثل تلسكوب إقليدس الفضائي بجمع البيانات التي قد تكشف عن التركيبة التي يتكون منها الكون المظلم.
وفي الوقت نفسه، تعمل الأجهزة الموجودة على الأرض، مثل مشروع راديو دي إم، على تقليص نطاق الكتلة المحتملة للجسيمات التي قد تكون مسؤولة عن المادة المظلمة ببطء. ومن بين المرشحين المشهورين للمادة المظلمة الجسيمات الضخمة المتفاعلة بشكل ضعيف (WIMPs)، والأكسيونات، والفوتونات المخفية (أو المظلمة)، وغيرها.
إن رسم خريطة لتوزيع المادة المظلمة عبر الكون قد يكشف أيضًا عن مدى توافق النماذج النظرية للكون مع البيانات الرصدية. وفي عملهم الأخير، كشفت غابة ليمان ألفا عن مواقع المادة المظلمة في الكون.
قال بيرد: “تتحرك المادة المظلمة بحيث يكون لها قدرة جاذبية. يسقط غاز الهيدروجين فيها، وتستخدمه كمُتتبع للمادة المظلمة”.
ويستخدم الفريق نموذجه لمراقبة تركيزات المادة المظلمة في الكون، ولكن أيضًا للتحقيق في التناقضات بين ملاحظات الكون والتنبؤات النظرية لبنيته.
وقد قدم بيرد فكرتين رائدتين حول سبب عدم تطابق الاثنين. أحد الاحتمالات هو أن الثقوب السوداء الهائلة في نوى المجرات تخلط بين حسابات الفريق حول بنية الكون، في حين أن الاحتمال الآخر هو أن الفيزياء الجديدة التي لم يتم اكتشافها بعد تلعب دورًا.
وقال بيرد: “إذا ثبت صحة هذا في مجموعات البيانات اللاحقة، فمن المرجح أن يكون جسيمًا جديدًا أو نوعًا جديدًا من الفيزياء، وليس الثقوب السوداء التي أفسدت حساباتنا”.
بعبارة أخرى، سوف نحتاج إلى المزيد من البيانات لفهم أحد أكبر الألغاز العالقة حول الكون. ولحسن الحظ، لدينا الكثير من المراصد المتاحة حاليًا والمخطط لها لجمع هذه البيانات.