أكبر لغز في الانفجار الكبير؟ ربما كانت المادة المظلمة حمراء ساخنة عند ولادتها

ربما كانت للمادة المظلمة، المادة غير المرئية التي تشكل الكون، بداية أكثر دراماتيكية بكثير مما اعتقد العلماء في السابق.

يقوم فريق بحث من جامعة مينيسوتا توين سيتيز وجامعة باريس ساكلاي بالتشكيك في نظرية حول المادة المظلمة التي شكلت علم الكونيات لعقود من الزمن. يشير عملهم الجديد إلى أن هذه المادة الغامضة ربما كانت “ساخنة بشكل لا يصدق” – تتحرك بسرعة تقارب سرعة الضوء – عندما تشكلت لأول مرة في بداية الكون.

ونشرت النتائج في رسائل المراجعة البدنية، المجلة الرائدة للجمعية الفيزيائية الأمريكية. تقدم الدراسة نظرة جديدة حول كيفية نشأة الكون وتوسع نطاق الاحتمالات حول ماهية المادة المظلمة وكيف تتصرف جنبًا إلى جنب مع المادة العادية.

لماذا كان يُعتقد أن المادة المظلمة باردة؟

لسنوات عديدة، اعتقد العلماء أن المادة المظلمة يجب أن تكون باردة، أي بطيئة الحركة، عندما تنفصل عن الإشعاع المكثف الذي ملأ الكون الشاب. تُعرف عملية الفصل هذه بالتجميد. استند الافتراض إلى فكرة أن الجسيمات سريعة الحركة ستمنع المجرات وغيرها من الهياكل الكبيرة من التشكل. ولاختبار هذا الاعتقاد، قام الباحثون بفحص كيفية تشكل المادة المظلمة خلال فترة مبكرة حرجة تسمى إعادة التسخين بعد التضخم.

أعقبت هذه الحقبة التضخم الكوني، عندما امتلأ الكون بسرعة بالطاقة والجزيئات. واستكشف الفريق كيف يمكن أن تتطور المادة المظلمة التي نشأت خلال هذا الوقت مع توسع الكون وتبريده.

دروس من النيوترينوات والنظريات المبكرة

وقال كيث أوليف، الأستاذ في كلية الفيزياء وعلم الفلك: “تم استبعاد أبسط مرشح للمادة المظلمة (النيوترينو منخفض الكتلة) منذ أكثر من 40 عامًا لأنه كان سيقضي على الهياكل ذات الحجم المجري بدلاً من زرعها”. “أصبح النيوترينو المثال الرئيسي للمادة المظلمة الساخنة، حيث يعتمد تكوين البنية على المادة المظلمة الباردة. ومن المدهش أن مرشحًا مشابهًا، إذا تم إنتاجه تمامًا مثل المادة الساخنة الانفجار العظيم كان من الممكن أن يبرد الكون إلى درجة أنه سيكون في الواقع بمثابة مادة مظلمة باردة.

في النماذج السابقة، تم رفض النيوترونات كمرشحين للمادة المظلمة لأن سرعاتها العالية كانت ستسهل المادة بدلاً من السماح للمجرات بالنمو. وقد دفع هذا الباحثين إلى تفضيل المادة المظلمة الباردة بقوة لعقود من الزمن.

كيف يمكن للمادة المظلمة الساخنة أن تشكل المجرات؟

تظهر الدراسة الجديدة أن المادة المظلمة لا تحتاج إلى أن تكون بطيئة الحركة عند الولادة. ووجد الباحثون أن جسيمات المادة المظلمة يمكن أن تنفصل عن مادة أخرى وهي لا تزال نسبية للغاية، أو ساخنة جدًا، ولا تزال باردة بدرجة كافية قبل أن تبدأ المجرات في التشكل. هذه النتيجة ممكنة لأن الجسيمات تتشكل أثناء إعادة التسخين، مما يمنحها وقتًا كافيًا لفقد الطاقة مع توسع الكون.

قال ستيفن هنريتش، طالب الدراسات العليا في كلية الفيزياء وعلم الفلك والمؤلف الرئيسي للدراسة: “المادة المظلمة غامضة بشكل كبير. أحد الأشياء القليلة التي نعرفها عنها هو أنها تحتاج إلى أن تكون باردة”. “ونتيجة لذلك، على مدى العقود الأربعة الماضية، اعتقد معظم الباحثين أن المادة المظلمة يجب أن تكون باردة عندما تولد في الكون البدائي. وتظهر نتائجنا الأخيرة أن هذا ليس هو الحال؛ في الواقع، يمكن للمادة المظلمة أن تكون حمراء ساخنة عندما تولد ولكن لا يزال لديها الوقت لتبرد قبل أن تبدأ المجرات في التشكل”.

البحث عن الأدلة والنظر إلى الوراء في الوقت المناسب

ويخطط الفريق لمواصلة هذا العمل من خلال تحديد أكثر الطرق الواعدة للكشف عن جسيمات المادة المظلمة. تشمل الأساليب المحتملة البحث المباشر باستخدام مصادمات الجسيمات أو تجارب التشتت، بالإضافة إلى الطرق غير المباشرة التي تعتمد على ملاحظات الكون.

وقال يان مامبريني، الأستاذ من جامعة باريس ساكلاي في فرنسا والمؤلف المشارك في الورقة: “مع النتائج الجديدة التي توصلنا إليها، قد نكون قادرين على الوصول إلى فترة في تاريخ الكون قريبة جدًا من الانفجار الكبير“.

المرجع: “التجميد النسبي الفائق: جسر من WIMPs إلى FIMPs” بقلم ستيفن إي. هينريش، ويان مامبريني، وكيث أ. أوليف، 24 نوفمبر 2025، رسائل المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/zk9k-nbpj

تم دعم هذا البحث بتمويل من برنامج البحث والابتكار Horizon 2020 التابع للاتحاد الأوروبي بموجب اتفاقية منحة Marie Sklodowska-Curie.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.