مجرة لا تحتوي على مادة مظلمة تثبت وجود المادة المظلمة

[عبدالله أسحاق]

المجرة NGC 1277 والتي يعتقد أنها خالية من المادة المظلمة.

إليكم كيف يمكن لمجرة لا تحتوي على مادة مظلمة أن تثبت وجود المادة المظلمة

في مقابلة مع IE، أوضح عالم الفلك سيباستيان كوميرون التناقض المتمثل في استخدام المجرة التي تعاني من نقص المادة المظلمة كدليل على وجود المادة المظلمة.

• وفي يوليو من العام الماضي، أعلن فريق دولي من العلماء أنهم اكتشفوا مجرة لم تظهر عليها أي علامات على احتوائها على المادة المظلمة.
• وتقع المجرة، التي تسمى NGC 177، بالقرب من مركز مجموعة برشاوس، على بعد 240 مليون سنة ضوئية من الأرض.
• في مقابلة مع IE، أوضح سيباستيان كوميرون، قائد الدراسة المتعلقة بمجرة NGC 1277، أنه يعتقد أن المجرة التي تعاني من نقص المادة المظلمة توفر في الواقع دليلًا دامغًا على وجود المادة المظلمة.

أحد أكثر الاكتشافات المحيرة لعام 2023 هو اكتشاف المجرة NGC 1277.

في يوليو، أعلن فريق دولي من علماء الفيزياء الفلكية بقيادة معهد الفيزياء الفلكية في جزر الكناري (IAC) وجامعة لا لاغونا (ULL) أنهم اكتشفوا مجرة ضخمة لا تحتوي على مادة مظلمة.

هذا الاكتشاف، على الرغم من أنه لا يزال غير مفهوم بالكامل، يتحدى النموذج القياسي لعلم الكونيات، الذي ينص على أن جميع المجرات الضخمة تتكون في المقام الأول من المادة المظلمة.

في هذه الحالة، ما الذي سنفعله بمجرة تعاني من نقص المادة المظلمة؟

في مقابلة مع IE، أوضح قائد الدراسة سيباستيان كوميرون أنه كان يشكك سابقًا في فرضية المادة المظلمة. ومع ذلك، فإن عدم وجود المادة المظلمة في NGC 1277 عزز في الواقع إيمانه بوجود المادة الغامضة غير المرئية.

الكشف عن غياب المادة غير المرئية

ويعتقد العلماء أن المادة المظلمة والطاقة المظلمة تشكلان حوالي 95% من الكون. ومع ذلك، فإنهم لا يعرفون سوى القليل جدًا عن هذه الظاهرة الغامضة، التي اكتشفها لأول مرة عالم الفلك السويسري فريتز زويكي.

وذلك لأن السعي لاكتشاف المادة المظلمة وجزيئات الطاقة المظلمة بشكل مباشر - على شكل جسيمات ضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPS) وغيرها من المرشحين - هو سعي مستمر ولم ينتج حتى الآن سوى القليل من الأدلة الموثوقة.

إذًا، كيف يمكنك تحديدًا اكتشاف عدم وجود شيء لا يمكن اكتشافه بالعين المجردة؟ قام باحثو IAC وULL، الذين نشروا نتائجهم في ورقة بحثية في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية، بقياس الكتلة الإجمالية لـ NGC 1277 واستخدموا قياساتهم لاستنتاج غياب المادة المظلمة.

وأوضح كوميرون: "المادة المظلمة غير مرئية، لكن جاذبيتها حقيقية ويمكن اكتشافها مثل جاذبية المادة "العادية" مثل النجوم أو سحب الغاز". "من خلال دراسة حركة النجوم في ضواحي المجرات حول مركز المجرة، يمكننا استنتاج مقدار الكتلة الموجودة داخل مداراتها."

وتابع: "يمكن الحصول على حركات النجوم من احمرار وزرقة الخطوط الطيفية الناجمة عن تأثير دوبلر". "في حالة NGC 1277، وجدنا أن الكتلة المحصورة داخل مدارات النجوم عند حواف المجرة تتوافق مع كتلة النجوم التي نراها. وهذا يعني أنه لا يوجد مجال كبير لعنصر المادة المظلمة الضخم. "

بمعنى آخر، لا تتميز هذه المجرة بنفس التناقض الذي يتم ملاحظته عادةً داخل مجرة بحجمها. أي أن قوة الجاذبية المطبقة على الأنظمة النجمية الفردية أكبر من القوة التي نتوقعها من جميع المواد المرئية في المجرة. لا توجد قوة "غير مرئية"، ولا مادة مظلمة.

بحثًا عن المجرات الأثرية القديمة

ومن المثير للاهتمام أن كوميرون وفريقه لم يشرعوا في دراسة المادة المظلمة، ناهيك عن مجرة نادرة تفتقر إلى المادة المظلمة. وأوضح أن هذا الاكتشاف كان "محض صدفة تماما"، وأنه وزملاؤه "كانوا يراقبون NGC 1277 لأسباب أخرى، وهي أنها مجرة أثرية".

المجرات الأثرية هي مجموعة فرعية نادرة من المجرات التي يُعتقد أنها "لم تمس" منذ أن شكلها الانفجار الكبير لأول مرة. بمعنى آخر، لم تندمج أبدًا مع مجرة أخرى، ومن المفترض أنها احتفظت ببنيتها وخصائصها من الكون المبكر.

وقال كوميرون: "لقد مرت معظم المجرات بتطور معقد منذ ولادتها". "تتفاعل المجرات مع المجرات الأخرى، وتفكك الأجسام الصغيرة. ولكن يبدو أن NGC 1277 هي واحدة من عدد قليل من المجرات في الكون المحلي التي ظلت دون تغيير تقريبًا منذ تكوينها، قبل حوالي 10 أو 12 مليار سنة."

"إذا كان هذا صحيحًا، فإن دراسة NGC 1277 تسمح لنا بإلقاء نظرة خاطفة على شكل المجرات عند تشكلها، دون الحاجة إلى اللجوء إلى الدراسة الصعبة دائمًا من الناحية الفنية للأجسام البعيدة جدًا من خلال مرافق مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي. "

تجديد الإيمان بفرضية المادة المظلمة

بفضل اهتمامهم بالمجرات الأثرية، عثر كوميرون وفريقه على أحد أغرب الاكتشافات الكونية لعام 2023. وما زالوا لا يفهمون تمامًا سبب عدم ظهور أي علامات على المادة المظلمة في NGC 1277.

وأوضح كوميرون: "لا نعرف على وجه اليقين سبب افتقار NGC 1277 إلى المادة المظلمة". "ما نعرفه هو أنها فقدت مادتها المظلمة في وقت مبكر جدًا. في الواقع، تتمتع توزيعات المادة الممتدة (مثل هالة المادة المظلمة) بالقدرة على سحب المجرات المجاورة، الذي يفضل عمليات الاندماج، من خلال عملية تسمى الاحتكاك الديناميكي."

وتابع: "حقيقة أن NGC 1277 لم تتعرض لعمليات اندماج (وبالتالي حالتها الأثرية) تعني أن الاحتكاك الديناميكي قد تم إيقافه، مما يشير بوضوح إلى عدم وجود هالة ضخمة ممتدة من المادة المظلمة"، مضيفًا: "لقد افترضنا زوجين من هناك احتمالات لتفسير عدم وجود المادة المظلمة، ولكن يجب اختبار مدى معقوليتها من خلال عمليات محاكاة رقمية مخصصة."

وقال إن الاحتمال الأول الذي نظر فيه فريق كوميرون هو أن "معظم المادة المظلمة تمت إزالتها بواسطة البيئة بمجرد سقوط NGC 1277 في مجموعة المجرات الغنية التي تنتمي إليها". والثاني هو أن "NGC 1277 ولد بدون مادة مظلمة على الإطلاق".

"يمكن أن يحدث هذا إذا نشأ NGC 1277 من اصطدام عدة شظايا غنية بالغاز بسرعات نسبية عالية (عدة 1000 كيلومتر في الثانية). في هذه الحالة، من الممكن أن يكون الغاز قد اصطدم وبدأ انفجارًا شديدًا تشكل النجوم مما أدى إلى نمو NGC 1277، في حين أن المادة المظلمة غير القابلة للتصادم قد أفلتت من النظام بسبب سرعتها الكبيرة.

وفي كلتا الحالتين، فإن اكتشاف NGC 1277 يضع النموذج القياسي لعلم الكون موضع تساؤل، لأنه ينص على أن المادة المظلمة متوفرة بكثرة في جميع أنحاء الكون.

لكن من المثير للدهشة أن كوميرون قال إنه كان أكثر تشككًا في فرضية المادة المظلمة قبل اكتشاف NGC 1277 والتحقيق فيها. وشدد العالم أيضًا على أن هذه هي آرائه. إنها لا تعكس بالضرورة آراء المؤلفين المشاركين.

وأوضح قائلاً: "حتى وقت قريب جدًا، لم أكن متأكدًا تمامًا من صحة فرضية المادة المظلمة، واعتبرت الاحتمالات الأخرى، مثل الجاذبية البديلة، تفسيرًا بديلاً معقولاً للنقص الواضح في المادة في المجرات والمجرات. مجموعات المجرات."

وتابع: "أعتقد أنه من الصعب التوفيق بين اكتشافنا وسيناريو الجاذبية المعدل". "قد يبدو من المفارقة أن المجرة التي تفتقر إلى المادة المظلمة يمكن استخدامها كدليل على المادة المظلمة، ولكن اسمحوا لي أن أحاول شرح سبب ذلك. إذا أظهرت جميع المجرات سلوكًا متوافقًا مع وجود هالة المادة المظلمة، فيمكنك استدعاء الجاذبية البديلة كتفسير بديل."

"ولكن إذا وجد أن بعض المجرات لا تحتوي على هالة المادة المظلمة، فإن الجاذبية البديلة ستكون في مشكلة لأن أي قانون في الطبيعة يجب أن يكون عالميًا ويجب أن ينطبق على جميع المجرات."

وبعبارة أخرى، "يبدو من الطبيعي أن نفترض أن المادة المظلمة يمكن تجريدها من عدد قليل من المجرات بدلا من افتراض أن الجاذبية البديلة يمكن تشغيلها وإيقافها اعتمادا على المجرة التي ننظر إليها".

لا شك أن كوميرون وفريقه لن يرضوا بهذه الافتراضات. بعد ذلك، سيقومون بإجراء أبحاث متابعة لفهم NGC 1277 بشكل أفضل. إنهم يهدفون إلى وضع قيود أكثر صرامة على نسبة المادة المظلمة الموضحة في دراستهم الأولية.

وأوضح كوميرون: "إن قدرتنا على قياس جزء من المادة المظلمة تعتمد على المسافة التي نقيس بها حركة النجوم في قرص المجرة". "كلما ابتعدنا، كانت القيود أفضل. حاليًا، قمنا بأخذ قياسات ضمن ستة كيلومترات (كيلوبارسيك) من مركز المجرة، مما يدل على أن هناك أقل من 5 بالمائة من المادة المظلمة - على الرغم من أنني أود التأكيد على أن هذه النسبة البالغة 5 بالمائة هي نسبة أعلى. الحدود التي تحددها جودة بياناتنا وأن العدد الفعلي قد يكون صفرًا."

سيستخدم الفريق البيانات من الحواف الخارجية للمجرة، والتي تم التقاطها عبر التلسكوبات الكبيرة والتعريضات الطويلة، لوضع قيود أكثر صرامة على نسبة المادة المظلمة هذه.

وفقًا لكوميرون، سيستخدمون أداة WEAVE (مستكشف سرعة المنطقة المحسنة WHT) الجديدة في Observatorio del Roque de los Muchachos في جزيرة لا بالما بإسبانيا، لتوسيع قياساتهم إلى 10 كيلو فرسخ فلكي من المركز.

وأوضح كوميرون: "مع هذه البيانات، يمكننا خفض نسبة الـ 5% هذه بمعامل اثنين أو ثلاثة إذا كانت NGC 1277 خالية تمامًا من المادة المظلمة".