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

المسألة لا تشارك في الكهرومغناطيسيةالتفاعل وبالتالي لا يمكن الوصول إليها للملاحظة المباشرة. وهي تمثل حوالي ربع طاقة الكتلة في الكون ولا تتجلى إلا 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.

قد يكون مصطلح "المادة المظلمة" في حد ذاته هو الأولتم استخدامه لتقدير كتلة النجوم في المجرة بناءً على توزيع سرعاتها. في نهاية المطاف، بدأ استخدام المصطلح على وجه التحديد بمعنى المادة غير القابلة للرصد، والتي لا يمكن الحكم على وجودها إلا من خلال تأثير جاذبيتها.

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 المعدلديناميات نيوتن (MOND) هي نظرية اقترحها عالم الفيزياء الفلكية الإسرائيلي موردخاي ميلجروم في أوائل الثمانينيات، وهي عبارة عن تعديل لقانون الجاذبية ينتج عنه تفاعلات أقوى في بعض مناطق الفضاء بطريقة تشرح الشكل المرصود لمنحنيات دوران المجرات. .

في عام 2004، الفيزيائي النظري ياكوفطور بيكنشتاين، وهو أيضًا من إسرائيل، تعميمًا نسبيًا لهذه الفرضية - نظرية الجاذبية العددية والمتجهة والموترة، والتي تشرح أيضًا التأثيرات المرصودة لعدسة الجاذبية.

بالإضافة إلى ذلك، في عام 2007، اقترح الفيزيائي الكندي جون موفات نظريته حول الجاذبية المعدلة، والتي تسمى أيضًا نظرية الموتر العددي للجاذبية.

أنصار نظريات الجاذبية المعدلةخذ بعين الاعتبار النقص الحالي في النتائج الإيجابية من تجارب الاكتشاف المباشر لجزيئات المادة المظلمة كحجة لصالحهم.

وفي الوقت نفسه، حاليا معظم العلماءلا يتعرف على MOND، لأن الحسابات المبنية عليه تشير إلى عدم اتساقه. المشكلة في النظريات البديلة للجاذبية هي أنها حتى لو قدمت أساسًا منطقيًا للتأثيرات الفردية التي هي نتيجة لوجود المادة المظلمة، فإنها لا تزال لا تأخذها في الاعتبار ككل.

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.

أساس النظرية هو الافتراض بأنتكون القوى الكهربائية أكثر أهمية على المسافات الكبيرة (مقياس المجرات وعناقيد المجرات) من الجاذبية. إذا افترضنا أن البلازما تملأ الكون بأكمله ولها موصلية جيدة، فيمكنها توصيل تيارات كهربائية هائلة (حوالي 1017-1019 أمبير) بمقاييس عشرات الميجا فرسخ فلكي.

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

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

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

افتراضات علم الكونيات البلازما حولتم تأكيد بنية الخلية الخيطية وتجانس الكون على المقاييس الكبيرة (ما يسمى ببنية الكون واسعة النطاق)، التي أجراها ألففين وأنتوني بيرات، بشكل غير متوقع من خلال الملاحظات في أواخر الثمانينيات والتسعينيات، ولكن هذه الملاحظات أيضًا وأوضح في إطار النماذج الكونية المقبولة عموما.

لشرح البنية الخيطية للكونحاليًا، يتم استخدام نظرية تكوين الخيوط بسبب عدم استقرار الجاذبية (في البداية، يتركز التوزيع الموحد تقريبًا للكتلة على المواد الكاوية ويؤدي إلى تكوين الخيوط)، على الهياكل المتنامية للمادة المظلمة، التي يمتد على طولها هيكل المادة المرئية. تتشكل المادة (يتم تفسير أصل مثل هذا الهيكل للمادة المظلمة من خلال التقلبات الكمومية 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)

تقبل بعض النظريات ذات الأبعاد الإضافية الجاذبية كنوع فريد من القوة التي يمكنها التأثير على فضاءنا ذو الأبعاد الإضافية.

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.

ويترتب على ذلك أن تأثير المادة المظلمة يمكن أن يحدثيمكن تفسيره منطقيًا من خلال تفاعل المادة المرئية من أبعادنا العادية مع المادة الضخمة من أبعاد أخرى (إضافية وغير مرئية) من خلال الجاذبية. وفي الوقت نفسه، لا يمكن لهذه الأبعاد وهذا الأمر الموجود فيها أن يشعر بأنواع أخرى من التفاعلات بأي شكل من الأشكال، ولا يمكنه التفاعل معها.

المسألة في أبعاد أخرى (في الواقعالكون الموازي) يمكن أن يتشكل في هياكل (مجرات، مجموعات من المجرات، خيوط) بطريقة مشابهة لقياساتنا أو يشكل هياكل غريبة خاصة به، والتي نشعر بها في قياساتنا 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 استكشاف هذا الافتراض وتم التحقق منها باستخدام شبكة مدارية من المجسات الفضائية (حول الأرض أو داخل النظام الشمسي) مجهزة بساعة ذرية دقيقة ومتزامنة باستمرار (باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي) والتي ستسجل مرور مثل هذا الخلل الطوبولوجي عبر هذه 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 مجرة ​​NGC1052-DF2، هناك ما لا يقل عن 400 مرة من المادة المظلمة أقل مما ينبغي أن يكون.

نتائج القياسات التي أجريت باستخدامكما يعترف تلسكوب مرصد كيك الذي يبلغ طوله 10 أمتار وتلسكوب هابل الفضائي (وهما أفضل الأدوات الفلكية المتاحة اليوم) بعدم وجود مادة مظلمة على الإطلاق في NGC1052-DF2.

هذه المجرة لا يمكن رؤيتها إلا من خلال التلسكوبات الكبيرة،يتمتع بلمعان إجمالي على مستوى 100 مليون نجم مثل الشمس، وكتلته أعلى بحوالي 200 مليون مرة من كتلة الشمس - وفقًا لهذه المعلمات، لا يتميز NGC1052-DF2 كثيرًا عن السلسلة العامة.

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.

ووفقا للباحثين، فإن هذه النقاط المضيئةهي عناقيد نجمية كروية، لكن عددها وتوزيع سطوعها غير معتاد 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 الإعداد.

 إذا قارنا NGC1052-DF2 مع الآخرينمجرات لها نفس الكتلة، فإن الهالة غير المرئية للمادة المظلمة يجب أن تكون أثقل بأربعمائة مرة مما وجده علماء الفلك، وهي نتيجة غير عادية للغاية.

• NGC 1052-DF4

يصف العلماء نتائج إضافيةالملاحظات التي سمحت بإجراء تقديرات أكثر موثوقية لتشتت السرعة بناءً على الحركات النجمية. ونتيجة لذلك، حصل علماء الفلك على قيمة 8.5 كيلومتر في الثانية مع وجود 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٪.

ووفقا للمؤلفين، فإن البيانات التي تم الحصول عليها مرتفعةتوفر الصفات أدلة دامغة على وجود ليس مجرد مجرة ​​استثنائية واحدة بدون مادة مظلمة، 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، إذا حكمنا من خلال الملاحظات،ولا تحتوي فعليا على أي مادة مظلمة - وهي مادة تتفاعل بشكل ضعيف مع المادة المحيطة بها، والتي يعتقد أنها مسؤولة عن 26.8% من كتلة الكون - مما يعقد فهم علماء الفلك 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.

وكما يوحي اسمها، مجرة ​​قزمةصغير ويتكون من عدة مليارات من النجوم. وفي المقابل، فإن مجرة ​​درب التبانة، التي تدور حولها أكثر من 20 مجرة ​​قزمة معروفة، تضم ما بين 200 إلى 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؟

من غير الممكن اكتشاف الثقوب السوداء بدون المادة المظلمةيعني أنه غير موجود. على العكس من ذلك، فإن المجرة التي لا تحتوي على توزيع نموذجي للنجوم من حيث السرعة تقوض مواقف النظريات التي تحاول أن تنسب نتائج الرصد إلى تأثير عالمي لا علاقة له بالمادة المظلمة.

إنه في ديناميات 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