لاحظ العلماء وجود موجة جاذبية مع وجود علامات على تأثير المادة المظلمة

والمادة المظلمة (إن وجدت) كما هو معروف لا تتفاعل مع القوى الكهرومغناطيسية، بل فقط مع الجاذبية. ولذلك فإن موجات الجاذبية الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء يمكن أن تحمل آثارها.

ويبدو أنه تم اكتشاف إحدى هذه الإشارات بواسطة كاشف LIGO. وهذه هي نتائج اختبار طريقة جديدة للبحث عن المادة المظلمة، والتي تم نشر مقال عنها في المجلة رسائل المراجعة البدنية.

“نحن نعلم أن هناك مادة مظلمة من حولنا. يجب أن تكون كثيفة بما يكفي حتى نتمكن من ملاحظة تأثيرها. توفر الثقوب السوداء آلية لتضخيم هذه الكثافة، والآن يمكننا البحث عنها من خلال تحليل موجات الجاذبية المنبعثة عندما تندمج”، كما يقول أحد مطوري الطريقة، يوسو أوريكوسيا من قسم الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

تتكون إحدى فئات المادة المظلمة المقترحة من جسيمات «عددية خفيفة» كتلتها أصغر بكثير من كتلة الإلكترون. يتوقع المنظرون أن مثل هذه المادة المظلمة بالقرب من الثقوب السوداء يجب أن تتصرف ليس فقط كمجموعة من الجسيمات، ولكن مثل الموجات المنسقة.

تقوم الثقوب السوداء، من خلال دورانها، بضغط هذه الجسيمات، مثلما يتم خفق الكريمة في الزبدة. وإذا حدث اندماج مع «صدى عالٍ» على شكل موجة جاذبية، عابرة في مجال «المكثف» للمادة المظلمة، فلا بد أن يتغير شكلها.

أجرى العلماء عمليات محاكاة رقمية مفصلة للتنبؤ بموجة الجاذبية التي ستنتج عن الخصائص المختلفة للثقبين الأسودين المندمجين. لقد اختبروا العديد من السيناريوهات المختلفة لمثل هذا الاصطدام، مع تغيير حجم وكتلة الثقوب السوداء، وكثافة المادة المظلمة التي يمكن أن تدور فيها، ووسط المادة المظلمة الذي تمر عبره الموجات.

تم اختبار الطريقة على البيانات المتاحة للجمهور والتي تم جمعها بواسطة أجهزة كشف الجاذبية الرئيسية. لقد اخترنا أوضح 28 إشارة وقمنا بمقارنتها بما تنبأت به النمذجة.

وتبين أن واحدًا منهم فقط كان أقرب في الشكل إلى الموجة التي تتوافق في النموذج مع اندماج الثقوب السوداء في سحابة من المادة المظلمة – GW190728.

وهي موجة جاذبية اكتشفها كاشف LIGO في 28 يوليو 2019. ووفقا للحسابات، فقد انبعثت من اندماج ثقبين أسودين تبلغ كتلتهما الإجمالية حوالي 20 ثقبا شمسيا.

يؤكد أوريكويتسيا: “إن الأهمية الإحصائية لهذه النتيجة ليست كافية حتى الآن للإعلان عن اكتشاف المادة المظلمة، ومن الضروري التحقق الإضافي من قبل مجموعات مستقلة”. “المهم هنا هو أنه بدون نماذج الشكل الموجي مثل نموذجنا، سنعتبر أن جميع اندماجات الثقوب السوداء قد حدثت في الفراغ – ومن المحتمل جدًا أنها حدثت في المادة المظلمة.”

“لدينا الآن القدرة على اكتشاف المادة المظلمة حول الثقوب السوداء حيث تقوم كاشفات LVK بتجميع البيانات – وهو وقت مثير بشكل لا يصدق في البحث عن فيزياء جديدة باستخدام موجات الجاذبية”، يخلص المؤلف المشارك سومين روي، الذي قاد جزء تحليل البيانات من العمل.