يمكن أن توجد المجرات بدون مادة مظلمة. نقول لك كيف هذا ممكن

ما هي المادة المظلمة؟

المادة المظلمة في علم الفلك وعلم الكونيات ، وكذلك في الفيزياء النظرية - الشكل

المادة لا تشارك في الكهرومغناطيسيةالتفاعل وبالتالي يتعذر الوصول إليها للمراقبة المباشرة. إنه يمثل حوالي ربع طاقة الكون ويتجلى فقط في تفاعل الجاذبية.

تم تقديم مفهوم المادة المظلمة للنظريةتفسيرات مشكلة الكتلة الخفية في تأثيرات سرعة الدوران العالية بشكل غير طبيعي للمناطق الخارجية للمجرات وعدسات الجاذبية (تتضمن مادة كتلتها أكبر بكثير من كتلة المادة المرئية العادية) ؛ من بين أمور أخرى ، هو الأكثر إرضاء.

تكوين وطبيعة المادة المظلمة على أرض الواقعلحظة غير معروفة. في إطار النموذج الكوني المقبول عمومًا ، يعتبر نموذج المادة المظلمة الباردة هو الأكثر احتمالًا. المرشحون الأكثر ترجيحًا لدور الجسيمات هم الجبناء. على الرغم من عمليات البحث النشطة ، لم يتم العثور عليها تجريبيًا.

نفس المصطلح "المادة المظلمة" ، ربما لأول مرةتم استخدامه لتقدير كتلة النجوم في المجرة بناءً على توزيع سرعاتها. في النتيجة النهائية ، بدأ استخدام المصطلح على وجه التحديد بمعنى المادة غير القابلة للرصد ، والتي لا يمكن الحكم على وجودها إلا من خلال تأثير الجاذبية.

خريطة ثلاثية الأبعاد لتوزيع المادة المظلمة ، مبنية باستخدام طريقة عدسات الجاذبية الضعيفة في إطار مشروع COSMOS.

نظريات بديلة عن وجود المادة المظلمة

  • نظريات الجاذبية البديلة

عند محاولة شرح الظواهر المرصودة ،على أساس أنه تم التوصل في المجمل إلى استنتاج حول ضرورة وجود المادة المظلمة ، دون تضمين هذا المفهوم ، تم التعبير أولاً عن الاعتبارات المتعلقة بصحة القوانين المقبولة عمومًا للتفاعل الثقالي على مسافات كبيرة.

الأكثر شهرة هو المعدلالديناميات النيوتونية (MOND) هي نظرية تم اقتراحها في أوائل الثمانينيات من قبل عالم الفيزياء الفلكية الإسرائيلي مردخاي ملغروم وهي تعديل لقانون الجاذبية ، والذي يعطي تفاعلًا أقوى في بعض مناطق الفضاء ، وذلك لشرح الشكل المرصود للدوران. منحنيات المجرات.

في عام 2004 ، الفيزيائي النظري يعقوبطور Bekenstein ، أيضًا من إسرائيل ، تعميمًا نسبيًا لهذه الفرضية - نظرية الجاذبية المتجهية - العددية - التي تفسر أيضًا التأثيرات المرصودة لعدسات الجاذبية.

بالإضافة إلى ذلك ، في عام 2007 ، اقترح الفيزيائي الكندي جون موفات نظريته عن الجاذبية المعدلة ، والتي تسمى أيضًا نظرية الجاذبية العددية.

أنصار نظريات الجاذبية المعدلةاعتبروا عدم وجود نتائج إيجابية للتجارب على الاكتشاف المباشر لجسيمات المادة المظلمة كحجة لصالحهم.

في غضون ذلك ، في الوقت الحاضر ، معظم العلماءلا تعترف بـ MOND ، لأن الحسابات القائمة عليها تشير إلى إفلاسها. تكمن مشكلة نظريات الجاذبية البديلة في أنها حتى لو قدمت مبررًا للتأثيرات الفردية التي تكون عواقبًا لوجود المادة المظلمة ، فإنها لا تزال لا تأخذها في الاعتبار.

لا يفسرون السلوك المرصودتصادم مجموعات المجرات وتتعارض مع الحجج الكونية لوجود كميات كبيرة من المادة غير المرئية غير الباريونية في الكون المبكر.

مجموعة المجرات ابيل 2218

  • علم الكون البلازما

تم تطوير هذه النظرية في الستينياتبواسطة عالم فيزياء سويدي يُدعى Hannes Alfven (حائز على جائزة نوبل عام 1970 لاكتشافاته في الديناميكا المغناطيسية) - في القيام بذلك استخدم خبرة دراساته عن بلازما الأرض القريبة (الشفق القطبي) والعمل المبكر لكريستيان بيركلاند.

تستند النظرية على افتراض أنتكون القوى الكهربائية أكثر أهمية على مسافات كبيرة (مقياس مجرة ​​وعناقيد مجرية) من الجاذبية. بافتراض أن البلازما تملأ الكون بأكمله ولديها موصلية جيدة ، فيمكنها توصيل تيارات كهربائية ضخمة (حوالي 1017-1019 أمبير) على مقياس عشرات الميغا فرسخ.

تخلق مثل هذه التيارات مجالًا مغناطيسيًا مجريًا قويًا ، والذي بدوره يشكل بنية كل من المجرات وعناقيدها (خيوط أو خيوط مجرية).

إن وجود مثل هذا المجال القوي يفسر بسهولةتشكيل أذرع المجرة (لا يوجد حتى الآن إجماع حول سبب تكوين أذرع المجرة) ، وتوزيع سرعة دوران الأقراص المجرية من نصف القطر ، يلغي الحاجة إلى إدخال هالة من المادة المظلمة.

لكن في الوقت الحالي ، لا ترصد الفيزياء الفلكية الحديثة مثل هذه التيارات القوية على مقياس عشرات الميغا فرسخ ، أو المجالات المغناطيسية العالية بين المجرات وداخل المجرات.

افتراضات علم الكون البلازما حولتم تأكيد بنية الخلية الخيطية وتوحيد الكون على نطاق واسع (ما يسمى ببنية الكون على نطاق واسع) ، التي صنعها ألفين وأنتوني بيرات ، بشكل غير متوقع من خلال الملاحظات في أواخر الثمانينيات والتسعينيات ، ولكن هذه الملاحظات يتم شرحها أيضًا في إطار النموذج الكوني المقبول عمومًا ...

لشرح بنية الكون الخيطية فيحاليًا ، يتم استخدام نظرية تكوين الخيوط بسبب عدم استقرار الجاذبية (في البداية ، يتركز توزيع الكتلة المنتظم تقريبًا على المواد الكاوية ويؤدي إلى تكوين خيوط) ، على الهياكل المتنامية للمادة المظلمة ، والتي يتم على طولها تكوين بنية المادة المرئية (يفسر أصل مثل هذا الهيكل للمادة المظلمة بالتقلبات الكمية في عملية التضخم).

حاليا ، علم الكون البلازماهذه النظرية لا تحظى بشعبية ، لأنها تنفي تطور الكون على طول مسار الانفجار العظيم. من ناحية أخرى ، إذا تخلينا عن نظرية الانفجار العظيم واعتبرنا أن عمر الكون أكبر بكثير من 13.5 مليار سنة ، فيمكن تفسير الكتلة الكامنة إلى حد كبير بواسطة كائنات MACHO مثل الأقزام السوداء ، والتي تطورت من الأقزام البيضاء بردت على مدى عشرات المليارات من السنين ...

  • مسألة من أبعاد أخرى (أكوان متوازية)

في بعض النظريات ذات الأبعاد الإضافية ، يتم قبول الجاذبية كنوع فريد من التفاعل يمكن أن يعمل على مساحتنا من أبعاد إضافية.

هذا الافتراض يساعد في التفسيرالضعف النسبي لتفاعل الجاذبية بالمقارنة مع التفاعلات الأساسية الثلاثة الأخرى (الكهرومغناطيسية ، القوية والضعيفة): الجاذبية أضعف ، لأنها يمكن أن تتفاعل مع مادة ضخمة في أبعاد إضافية ، تخترق حاجزًا لا يمكن الوصول إليه للتفاعلات الأخرى.

ومن ثم فإن تأثير المادة المظلمة يمكن أن يحدثيمكن تفسيرها منطقيًا من خلال تفاعل المادة المرئية من أبعادنا العادية مع مادة ضخمة من أبعاد أخرى (إضافية ، غير مرئية) من خلال الجاذبية. في الوقت نفسه ، لا يمكن لهذه الأبعاد وهذه المسألة فيها أن تشعر بأنواع التفاعلات الأخرى ، ولا يمكنها التفاعل معها.

المسألة في أبعاد أخرى (في الواقعالكون الموازي) يمكن أن يتشكل في هياكل (مجرات ، مجموعات مجرية ، خيوط) بطريقة مشابهة لقياساتنا ، أو تشكيل هياكل غريبة خاصة بهم ، والتي في أبعادنا نشعر بها على أنها هالة جاذبية حول المجرات المرئية.

نتائج النمذجة العددية لتطور بنية الكون

  • عيوب الفضاء الطوبولوجية

قد تكون المادة المظلمة بدائية(نشأت في وقت الانفجار العظيم) عيوب في الفضاء و / أو طوبولوجيا الحقول الكمومية التي يمكن أن تحتوي على طاقة ، وبالتالي تسبب قوى الجاذبية.

يمكن التحقيق في هذا الافتراض وتم التحقق من ذلك باستخدام شبكة مسبار فضائي تدور حول الأرض (حول الأرض أو داخل النظام الشمسي) مزودة بساعة ذرية دقيقة ومتزامنة باستمرار (GPS) تسجل مرور مثل هذا العيب الطوبولوجي عبر الشبكة.

سيظهر التأثير على أنه غير مفسر (شائعأسباب نسبية) عدم تطابق مسار هذه الساعات ، والتي لها بداية واضحة ، مع مرور الوقت ، النهاية (حسب اتجاه الحركة وحجم هذا الخلل الطوبولوجي).

مجرة بدون مادة مظلمة

يعثر العلماء على مجرات بدون مادة مظلمة ، لكن لا توجد طريقة لشرح كيفية تشكلها

  • NGC1052-DF2

في المجرة NGC1052-DF2 ، تكون المادة المظلمة أقل 400 مرة مما ينبغي أن تكون عليه.

نتائج القياسات معيفترض أيضًا تلسكوب مرصد كيك الذي يبلغ ارتفاعه 10 أمتار وتلسكوب هابل الفضائي (وهما أفضل الأدوات الفلكية المتوفرة اليوم) أنه لا توجد مادة مظلمة في NGC1052-DF2 على الإطلاق.

هذه المجرة مرئية فقط في التلسكوبات الكبيرةيبلغ إجمالي لمعانها 100 مليون نجم مثل الشمس ، وكتلتها أعلى بحوالي 200 مليون مرة من كتلة الشمس - وفقًا لهذه المعايير ، فإن NGC1052-DF2 ليست خارجة عن المألوف.

ولكن ما وجد بداخلها العشرةالأجسام الساطعة نسبيًا ، ونتيجة لذلك ، في عدد من الصور ، تبين أن المجرة عبارة عن مجموعة من النقاط الساطعة بدلاً من سحابة ضبابية ، هي بالفعل حقيقة أكثر إثارة للاهتمام ؛ كان هو الذي أجبر علماء الفلك على نشر تلسكوبات ذات جدول مزدحم بإحكام تجاه NGC1052-DF2.

وبحسب الباحثين فإن هذه النقاط المضيئةهي عناقيد نجمية كروية ، لكن عددها وتوزيع لمعانها غير عادي لدرجة أن علماء الفلك رفضوا التحدث بالتفصيل عن هذه الأجسام في هذا المنشور ووعدوا بالعودة إلى هذا بمزيد من التفصيل في منشور آخر لا يزال قيد التحضير.

مقارنة NGC1052-DF2 بالمجرات الأخرىمن نفس الكتلة ، إذن يجب أن تكون الهالة غير المرئية من المادة المظلمة أثقل بأربعمائة مرة من تلك التي حصل عليها علماء الفلك ، وهذه نتيجة غير عادية للغاية.

  • NGC 1052-DF4

يصف العلماء نتائج إضافيةالملاحظات التي جعلت من الممكن إجراء تقديرات أكثر موثوقية لتشتت السرعة بناءً على حركات النجوم. نتيجة لذلك ، حصل علماء الفلك على قيمة 8.5 كيلومترًا في الثانية مع أخطاء أقل بشكل ملحوظ (حوالي 30٪).

من هذه البيانات يتبع ذلك الكتلة الكليةتكون المجرة مساوية تقريبًا لكتلة المادة المضيئة ، مما يلغي الحاجة إلى إدخال المادة المظلمة في هذه الحالة. اكتشف العلماء أيضًا مجرة ​​مماثلة بالقرب من NGC 1052-DF4 ، والتي كان لها أيضًا تشتت منخفض للغاية من السرعات النجمية - حوالي 4.2 كيلومترات في الثانية ، لكن الأخطاء في هذه الحالة تبلغ حوالي 80٪.

وفقا للمؤلفين ، فإن البيانات التي تم الحصول عليها عاليةالصفات هي دليل مقنع على وجود ليس مجرة ​​استثنائية واحدة خالية من المادة المظلمة ، ولكن أيضًا فئة جديدة من الأجسام المماثلة

كما أنهم يذكرونك بأن هذه النتائج ليست كذلكلا تدحض فرضية المادة المظلمة بأي حال من الأحوال ، بل على العكس تؤكد ضرورتها: إذا كانت التأثيرات التي وصفتها قد تولدت بالفعل من مادة عادية ، فعندئذ لا يمكن أن تنشأ مثل هذه الحالة ، وبما أنه يوجد كائن بدون مادة مظلمة ، ثم يتحدث هذا بالضبط عن وجود نوعين منفصلين من المواد التي لا ترتبط ارتباطًا مباشرًا.

كيف يمكن أن توجد المجرات بدون المادة المظلمة؟

المجرات التي ، من خلال الملاحظات ،عمليا لا تحتوي على مادة مظلمة - وهي مادة تتفاعل بشكل ضعيف مع المادة المحيطة ، والتي يعتقد أنها مسؤولة عن 26.8٪ من كتلة الكون - تعقد فهم الفلكيين لطبيعة هذه المادة.

هذه الأشياء التي اكتشفت نتيجة الحديثتتحدى هذه الملاحظات النموذج الكوني Lambda-CDM الذي اعتمده علماء الفيزياء الفلكية ، والذي وفقًا له يجب أن تكون جميع المجرات محاطة بهالة ضخمة من المادة المظلمة.

الأشياء الخالية من المادة المظلمة ليست شديدةتمت دراسته جيدًا من قبل علماء الفلك. تتمثل إحدى طرق دراسة الآليات المحتملة لتكوينها في مراقبة العديد منها في مراحل مختلفة من التطور. تتيح معالجة المعلومات حول المجرات باستخدام نموذج حاسوبي تتبع تطورها.

من أجل فهم هيكل هذهصاغ العلماء تطورها باستخدام نموذج Illustris ، الذي يأخذ في الاعتبار دورات حياة النجوم ، وتأثير المستعرات الأعظمية والثقوب السوداء ، واندماجات المجرات. وجد الباحثون في النظام الذي أنشأه النموذج ، عدة "مجرات قزمة" بنفس عدد النجوم ، وعدد الحشود الكروية وكتلة المادة المظلمة.

كما يوحي الاسم ، مجرة ​​قزمةصغير ويتكون من عدة مليارات من النجوم. في المقابل ، فإن مجرة ​​درب التبانة ، التي يدور حولها أكثر من 20 مجرة ​​قزمة معروفة ، لديها ما بين 200 و 400 مليار نجم.

غالبًا ما تستخدم العناقيد الكروية للتقييممحتوى المادة المظلمة في المجرات ، خاصة في المجرات الصغيرة. اكتشف علماء الفيزياء الفلكية أن المجرات القزمية فقدت 90٪ من مادتها المظلمة نتيجة "إخراج" المواد المكونة لها بواسطة قوى الجاذبية الخاصة بها.

ما هو الحد الأدنى؟

اكتشاف الثقوب السوداء بدون المادة المظلمة ليس كذلكيعني أنه غير موجود. على العكس من ذلك ، فإن المجرة التي ليس لها توزيع نموذجي للنجوم من حيث السرعات تقوض مواقع النظريات التي تحاول شطب نتائج الرصد باعتبارها بعض التأثيرات العالمية غير المرتبطة بالمادة المظلمة.

إنه في ديناميكيات نيوتن المعدلةيجب أن تدور النجوم دائمًا حول مركز المجرات بنفس السرعة تقريبًا ، ويلعب NGC1052-DF2 ضد هذا النموذج ، الذي فقد بالفعل دعم العديد من الخبراء.

الاعتراف بوجود مجرة ​​بلا ظلاممن المادة ، قد تكون الفيزياء الفلكية الحديثة جيدة ، في حين أن فكرة أن قانون الجاذبية الكونية يعمل بشكل انتقائي في أجزاء مختلفة من الكون هي على الأقل مشكوك فيها.

قراءة المزيد

انهار أكبر جبل جليدي في العالم ، واندفعت الشظايا شمالًا. هل هو خطير؟

تم العثور على آثار لوقود الصواريخ على قمر زحل ريا. حيث أنها لا تأتي من؟

الإجهاض والعلم: ماذا سيحدث للأطفال الذين سينجبون