.jpg)
يُشير نمط تجمع غريب في المجرات القزمة إلى أن المادة المظلمة قد تكون أكثر تعقيدًا وتفاعلًا مما كنا نعتقد. المصدر: SciTechDaily.com
لا تتصرف المجرات القزمة كما هو متوقع. اكتشف العلماء أن المجرات الأكثر انتشارًا تتجمع بشكل أكثر كثافة مما توقعته النظرية، مُغيرين بذلك الافتراضات السابقة.
يُشير هذا النمط غير المتوقع إلى أن المادة المظلمة قد تتفاعل بطرق جديدة غامضة.
تحدي نموذج المادة المظلمة الباردة
تُشكك دراسة جديدة للمجرات القزمة المنتشرة في نموذج تكوين المجرات السائد ضمن إطار المادة المظلمة الباردة القياسي (CDM)، مما يُؤدي إلى اقتراح نموذج جديد للمادة المظلمة.
تحت إشراف البروفيسور هوي يوان وانغ من جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية (USTC) التابعة للأكاديمية الصينية للعلوم، حدد فريق البحث لأول مرة نمطًا عنقوديًا قويًا للغاية في المجرات القزمة المنتشرة.
نُشرت الدراسة في مجلة Nature.
هالات المادة المظلمة وتكوين المجرات
تقع المجرات القزمة، كغيرها من المجرات، داخل هالة من المادة المظلمة. تشكلت هذه الهالات في وقت مبكر من الكون، وتشكلت في أماكن يمكن أن تتشكل فيها المجرات.
ومع ذلك، ليست جميع هالات المادة المظلمة متشابهة. فبعضها أكثر احتمالًا للتواجد في مناطق أكثر كثافة في الكون من غيرها. يُطلق على هذا "انحياز الهالة" ويأتي على نوعين: "انحياز الكتلة"، الذي ينص على أن الهالات الضخمة تتجمع بقوة أكبر، و"انحياز التجميع"، الذي ينص على أنه من بين الهالات ذات الكتلة المتساوية، تُظهر الهالات ذات خصائص الهالة المختلفة تجمعات مختلفة. على سبيل المثال، تتجمع الهالات التي تشكلت سابقًا (الهالات القديمة) بشكل أقوى من تلك التي تشكلت لاحقًا (الهالات الفتية).
إهمال المجرات القزمة في دراسات التحيز
تاريخيًا، كانت المجرات الضخمة هي المحور الرئيسي لرصد تحيز تكوين الهالة، نظرًا لارتفاع سطوعها وزيادة كفاءة رصدها من خلال مسوحات مثل مسح سلون الرقمي للسماء (SDSS- Sloan Digital Sky Survey ) في المقابل، غالبًا ما كانت المجرات القزمة غير ممثلة بشكل كافٍ في مثل هذه الدراسات نظرًا لانخفاض سطوعها والتحديات المرتبطة بقلة العينات.
ومع ذلك، كشف باحثو USTC أن هالات المادة المظلمة التي تستضيف المجرات القزمة تُظهر أيضًا تحيزًا في تكوين الهالة، وهو تحيز لا يتأثر إلى حد كبير بعدم اليقين في تقديرات كتلة الهالة. تشير هذه النتيجة إلى أن تحيز تكوين الهالة قد يكون أكثر فعالية في تتبع المجرات القزمة مقارنةً بنظيراتها الأكثر كتلة.
الانتشار مقابل الدمج: انعكاس مفاجئ
في هذه الدراسة، حلل فريق البروفيسور وانغ عينة من المجرات القزمة المعزولة من مشروع مسح سلون الرقمي للنجوم (SDSS)، وكشفوا أن المجرات القزمة المنتشرة - التي تتباعد نجومها - تُظهر عناقيد قوية وواسعة النطاق بشكل غير متوقع مقارنةً بالمجرات القزمة المدمجة - التي تتقارب نجومها. يتناقض هذا الاكتشاف غير المتوقع بشكل جوهري مع الفهم الراسخ لتجمع المجرات المستمد من دراسات المجرات الضخمة.
من خلال محاكاة كونية خاصة بهم بعنوان "استكشاف الكون المحلي باستخدام مجال الكثافة الأولية المعاد بناؤه" (ELUCID)، وجد الباحثون أن هذه الظاهرة "المقلوبة" مرتبطة ارتباطًا جوهريًا بوقت تكوين الهالات. وتحديدًا، يتوافق التوزيع المكاني للمجرات القزمة المنتشرة بشكل وثيق مع الهالات القديمة، بينما تتبع المجرات القزمة المدمجة أنماطًا مشابهة للهالات الفتية. يمثل هذا أول دليل رصدي عالي الثقة على تحيز تكوين الهالة، استنادًا إلى بيانات واقعية، مما يسد الفجوة بين عمليات المحاكاة الكونية والتحقق التجريبي.
حدود النماذج الحالية وظهور نموذج المادة المظلمة ذاتية التفاعل (SIDM)
ومع ذلك، تفشل نماذج تكوين المجرات الحالية، وفقًا لنموذج CDM القياسي، في تفسير تكوين المجرات القزمة المنتشرة في الهالات القديمة، مما يشير إلى تناقضات محتملة بين نماذج تكوين المجرات الحالية ونماذج المادة المظلمة، من جهة، والكون الفعلي، من جهة أخرى. وللتغلب على هذا التناقض، قدم الباحثون نموذج المادة المظلمة ذاتية التفاعل (SIDM).
يفترض هذا النموذج أن جسيمات المادة المظلمة تتفاعل ليس فقط عن طريق الجاذبية، ولكن أيضًا من خلال تفاعلات ضعيفة غير تجاذبية. تسبب هذه التفاعلات تمددًا هيكليًا وتضعف قوة الجاذبية المركزية في الهالات القديمة، مما يعزز تكوين المجرات القزمة المنتشرة. على العكس من ذلك، تُظهر الهالات الشابة تأثيرات أضعف، مما يُفضي إلى تكوين مجرات قزمة مُتراصة. تُفسر هذه النظرية جيدًا العلاقة المُلاحظة بين عمر الهالة وكثافة المجرات، مما يُشير إلى أن طبيعة المادة المظلمة قد تكون أكثر تعقيدًا مما كان يُعتقد سابقًا.
أشاد مراجعو مجلة Nature بهذا العمل بشدة: "هذه نتيجة مُبتكرة ومُفاجئة للغاية (وبالتالي مهمة). يُعد اختبار تنبؤات التفاعلات الذاتية للمادة المظلمة من خلال تجمع المجرات نهجًا جديدًا وقد يكون له تأثير دائم."
إنجازٌ في المادة المظلمة وتطور المجرات
يمثل هذا العمل أول تأكيد رصدي لوجود تحيز كبير في تكوين الهالة، وهو إنجازٌ يُحدد معاييرَ أساسيةً لنمذجة طبيعة المادة المظلمة، وتطور البُنى الكونية واسعة النطاق، والآليات التي تحكم تكوين المجرات وتطورها. يكشف هذا العمل عن علاقة فريدة بين بُنى المكونات الباريونية وأعمار هالاتها المضيفة في المجرات القزمة، مما يُشكل تحديًا جوهريًا لنموذج CDM القياسي، ويستلزم تعديلاتٍ محتملة.
المصدر: