علماء يلمّحون إلى أول مادة مظلمة تمت ملاحظتها في الكون 

يأتي القليل الذي نعرفه عن المادة المظلمة من حسابات تستند إلى وهج المجرات المحيطة. ومع ذلك، كلما نظرنا بعيدا، أصبح ضوء النجوم باهتا، ما يجعل من الصعب رؤية التأثير الخفي لها.

ووجد تعاون بين علماء الفلك من اليابان والولايات المتحدة طريقة مختلفة لإلقاء الضوء على الظلام البعيد، من خلال دراسة الطريقة التي تشوه بها الكتل الغامضة للمادة المظلمة وهج الخلفية للكون.

وتسمى المادة المظلمة باسمها، فقط لأنها لا تشع أي معلومات تخبرنا بشيء عن طبيعتها. ومن المحتمل أن تكون كتلة شبيهة بالجسيمات ذات خصائص قليلة، لا تختلف عن النيوترينو. وهناك فرصة خارجية أنها انعكاس لشيء أسأنا فهمه حول تشكيل المكان والزمان.

وباختصار، ما زلنا لا نملك نظرية ملموسة حول المكان الذي تتناسب فيه هذه الظاهرة مع الفيزياء الحالية. لذا فإن الحصول على مقياس دقيق لما بدت عليه هالات المادة المظلمة القديمة الفائقة سيخبرنا على الأقل ما إذا كانت قد تغيرت بمرور الوقت.

ولا يمكننا تقدير كتلتها الإجمالية – غير المرئية والمتوهجة – عن طريق قياس ضوئها الشاحب. لكن من الممكن استخدام الطريقة التي تشوه بها كتلتها الجماعية ضوء النجوم الذي يمر عبر الفضاء المحيط بها.

وتعمل تقنية العدسة هذه بشكل جيد بما يكفي لمجموعات كبيرة من المجرات التي شوهدت من 8 إلى 10 مليارات سنة في الماضي. وكلما أردنا أن نرى المزيد، قل الإشعاع النجمي في الخلفية لتحليل التشوهات.

ووفقا لعالم الفيزياء الفلكية بجامعة ناغويا هيروناو مياتاكي وزملاؤه، هناك مصدر ضوء آخر يمكننا استخدامه، يسمى الخلفية الكونية الميكروية (CMB).

فكر في CMB على أنها أقدم صورة لكون حديث الولادة. وصدى الضوء المنبعث عندما كان عمر الكون حوالي 300000 عام، وهو الآن يتغلغل في الفضاء على شكل إشعاع ضعيف.

ويستخدم العلماء أنماطا دقيقة في هذه الخلفية الطنانة لاختبار جميع أنواع الفرضيات في المراحل الحرجة الأولى من تطور الكون. وكان استخدامه لتقدير متوسط ​​كتلة المجرات البعيدة وتوزيع هالات المادة المظلمة المحيطة بها أولا.

ويقول ماسامي أوشي، عالم الفيزياء الفلكية من جامعة طوكيو: “كانت فكرة مجنونة. لم يدرك أحد أنه يمكننا القيام بذلك. ولكن بعد أن ألقيت حديثا عن عينة مجرة ​​كبيرة بعيدة، جاءني هيروناو وقال إنه قد يكون من الممكن النظر إلى المادة المظلمة حول هذه المجرات باستخدام CMB”.

وركز هيروناو وزملاؤه على مجموعة خاصة من الأجسام البعيدة المكونة للنجوم تسمى مجرات Lyman-break.

وباستخدام عينة تتكون من ما يقرب من 1.5 مليون من هذه الأجسام التي تم جمعها من خلال استطلاع برنامج Hyper Suprime-Cam Subaru الاستراتيجي، قاموا بتحليل أنماط إشعاع الميكروويف كما يراها القمر الصناعي Planck التابع لوكالة الفضاء الأوروبية.

وقدمت النتائج للباحثين كتلة هالة نموذجية للمجرات التي تقترب من 12 مليار سنة في الماضي، وهي حقبة مختلفة نوعا ما عن تلك التي نراها أقرب إلى الوطن اليوم.

ووفقا للنظرية الكونية القياسية، تم تحديد تكوين تلك المجرات المبكرة إلى حد كبير من خلال التقلبات في الفضاء التي تضخم تكتل المادة. ومن المثير للاهتمام، أن هذه الاكتشافات الجديدة للكتل المجرية المبكرة تعكس تكتلا للمادة أقل مما تتنبأ به النماذج المفضلة الحالية.

ويمكن أن تكشف إعادة النظر في النماذج الحالية حول كيفية اتحاد العناصر الطازجة معا لتشكيل المجرات الأولى عن فجوات قد تفسر أيضا أصول المادة المظلمة.