قوة الظلام السرية تتحول إلى ما يعادل بطانية مبللة كونية

المادة المظلمة، لغز الكون الخفي المفضل، توصف عادة بأنها مادة لا تستجيب إلا للجاذبية. لكن العلماء، الذين لا يرضون أبدًا بقصة بسيطة، يستكشفون الآن احتمالًا أكثر تعقيدًا: قد تتفاعل جسيمات المادة المظلمة أيضًا من خلال قوة خفية خاصة بها. دراسة جديدة في مجلة علم الكون وفيزياء الجسيمات الفلكية (JCAP) فحصت ماذا سيحدث إذا تعرضت المادة المظلمة لقوة جذب إضافية. كانت النتائج غير بديهية بشكل مدهش: على الرغم من أن القوة تجعل المادة المظلمة تتجمع بكفاءة أكبر، إلا أنها عادة لا تسرع نمو البنية الكونية. بدلاً من ذلك، تميل إلى إبطاء هذا النمو.

لماذا يفكر العلماء في 'قوة مظلمة'؟ لأن الملاحظات عالية الدقة للكون أنتجت نتائج لا تتوافق دائمًا بشكل مثالي. قياسات التوسع الكوني وتطور المجرات والهياكل الكبيرة الأخرى تبدو أحيانًا وكأنها تروي قصصًا مختلفة قليلاً. بعض الملاحظات للكون البعيد تشير إلى أن التوسع ربما كان أبطأ قليلاً في الماضي مما يتنبأ به النموذج الكوني القياسي. وفي الوقت نفسه، اقترحت دراسات الخلفية الكونية الميكروية منذ فترة طويلة أن المادة يمكن أن تكون أكثر تراصًا عبر المقاييس الأكبر للكون مما هو متوقع. هذه الاختلافات صغيرة نسبيًا، لكنها شجعت العلماء على التساؤل عما إذا كان النموذج القياسي لعلم الكون قد يفتقد مكونًا مهمًا.

أحد الاحتمالات هو أن جسيمات المادة المظلمة تشعر بقوة إضافية لا تستطيع المادة العادية اكتشافها. نظرًا لأن التفاعل سيعمل فقط داخل قطاع المادة المظلمة، يشير إليه الباحثون باسم 'قوة مظلمة'. يمكن أن يؤثر هذا التفاعل على كل من توسع الكون وتكوين المجرات والهياكل الكونية الأكبر. يقول زاكاري وينر، باحث في معهد بيريمتر للفيزياء النظرية والمؤلف المراسل للدراسة: 'ما نعرفه حقًا عن المادة المظلمة حتى الآن تم تعلمه فقط من خلال تأثيراتها الجاذبية. هذا يترك احتمال أن المادة المظلمة قد يكون لها تفاعلات إضافية مخفية عن المادة العادية.'

قام فريق البحث بالتحقيق في مجموعة من النماذج النظرية التي تتفاعل فيها جسيمات المادة المظلمة من خلال قوة بعيدة المدى بالإضافة إلى الجاذبية. باستخدام الحسابات النظرية جنبًا إلى جنب مع البيانات الكونية، درس العلماء كيف سيؤثر هذا التفاعل الخفي على تاريخ التوسع الكوني ونمو البنية واسعة النطاق. في البداية، تبدو النتيجة المتوقعة واضحة: إذا كانت جسيمات المادة المظلمة تجذب بعضها البعض من خلال قوة أخرى، فيجب أن تتجمع في كتل بسرعة أكبر. قد يبدو هذا التراص الأقوى أيضًا أنه يفسر الملاحظات التي تشير إلى أن الكون يحتوي على هياكل أكثر كثافة مما هو متوقع. يقول وينر: 'أول شيء تتوقعه هو أن إعطاء المادة المظلمة قوة جذب إضافية يجب أن يجعل الهياكل تنمو بشكل أسرع. لكن تأثيرًا آخر يلعب دورًا في نفس الوقت.'

في النماذج التي فحصها الباحثون، القوة الإضافية تجعل المادة المظلمة تتجمع بشكل أكثر فعالية. ومع ذلك، فإنها تغير أيضًا كيفية تصرف المادة المظلمة مع توسع الكون. نفس العملية تتسبب في فقدان جسيمات المادة المظلمة للكتلة بشكل فعال مع مرور الوقت. هذا التخفيض يضعف تأثيرها الجاذبي، مما يعوض الجذب الأقوى الناتج عن القوة الخفية. ونتيجة لذلك، فإن التراص المعزز لا يخلق بصمة جاذبية أقوى على الخلفية الكونية الميكروية. في معظم الحالات، يثبط التأثير المشترك نمو البنية الكونية.

يمكن أن تكون النتائج مهمة للنظريات التي تتجاوز المادة المظلمة وحدها. بعض التفسيرات المقترحة للقياسات الأخيرة من أداة الطيف الطيفي للطاقة المظلمة (DESI) تتضمن تفاعلات مماثلة بين جسيمات المادة المظلمة. وفقًا للباحثين، من المرجح أن تؤثر الآلية المحددة حديثًا على العديد من تلك النماذج الأكثر تعقيدًا.