إيجاد طريقة تسمح بالبحث عن المادة المظلمة من خلال الثقوب السوداء

واكتشف علماء الفيزياء الفلكية من أوروبا وكندا أنه يمكن استخدام أجيال جديدة من أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية للبحث عن تكتلات من المادة المظلمة وغيرها من المواد الغريبة أثناء رصد اندماج أزواج من الثقوب السوداء الكبيرة والصغيرة بشكل خاص.

وقال الباحثون:” تُظهر حساباتنا أن الأجيال الجديدة من أجهزة الكشف عن الجاذبية، ولا سيما مرصد الفضاء eLISA ، ستكون قادرة على اكتشاف التحولات المميزة في خصائص موجات الجاذبية الناتجة عن وجود “طفرات” المادة المظلمة وذرات الجاذبية الافتراضية بالقرب من الثقوب السوداء. 

ويتم الآن رصد موجات الجاذبية، وتقلبات الزمان من خلال تطبيق مشروعيْن دوليين كبيريْن، وهما مرصد الجاذبية الأمريكي LIGO ومثيله الأوروبي ViRGO .   وسيتم في العقود القادمة إطلاق العديد من المشاريع الكبيرة الأخرى، بما في ذلك كاشفي الجاذبية المدارية Tianqin و eLISA ، اللذيْن سيتم إطلاقهما إلى الفضاء في أواخر عام 2030.

واهتم فريق من علماء الفيزياء الفلكية بقيادة الباحثة فيليبا كول من جامعة أمستردام بما إذا كانت هذه المراصد الجديدة  الأكثر حساسية وقادرة على اكتشاف موجات الجاذبية منخفضة التردد، وليس بمقدورها اكتشاف التقلبات في الزمكان، فحسب بل والكشف عن الظروف التي تشكلت فيها، وفقا لتقرير RT . 

وكما يوضح العلماء، وجود مثل هذه القدرة في كاشفات موجات الجاذبية سيسمح باستخدامها للبحث عن تكتلات من أشكال المادة غير المرئية لنا، والتي تتفاعل مع العالم الخارجي من خلال قوة الجاذبية فقط، وتتضمن هذه المواد المادة المظلمة، بالإضافة إلى ما يسمى بالنيوترينوات المعقمة وذرات الجاذبية أو بالأحرى جسيمات البوزون الغريبة، التي يؤدي تحللها إلى تكوين تذبذبات في الزمان.

مع وضع هذه الاعتبارات في الاعتبار، قام العلماء بحساب كيفية تأثير وجود تكتلات من هذه الجسيمات الغريبة والهياكل الضخمة من المادة المرئية على موجات الجاذبية التي تولّد باستمرار أزواجا من الثقوب السوداء وغيرها من الأجسام. ومن أجل تحقيق بذلك، ابتكر علماء الفيزياء الفلكية نموذجا حاسوبيا لزوج من الثقوب السوداء ودرسوا كيف تؤثر بيئته على خصائص موجات الجاذبية وكيف تتغير مع مرور الوقت.

وأظهرت الحسابات التي أجراها العلماء أن أزواج الثقوب السوداء وغيرها من مصادر موجات الجاذبية ستفقد طاقة إضافية إذا كانت هناك تكتلات كثيفة من المادة المرئية أو جسيمات غريبة بالقرب منها. وحسب علماء الفيزياء الفلكية  ستنعكس خسائر الطاقة هذه بشكل فريد في خصائص موجات الجاذبية التي تنتجها هذه الأجسام ، لكنها لن تكون قابلة للتثبيت في أحجام مماثلة من الثقوب السوداء المتفاعلة.

من ناحية أخرى، إذا كانت كتل الثقوب السوداء تختلف بمرتبتيْن أو ثلاث مراتب من حيث الحجم، فلن يكون من الممكن اكتشاف الحالات الشاذة المماثلة باستخدام eLISA أو أجهزة الكشف الجديدة الأخرى، فحسب بل ويمكن تحديد طبيعة الكائنات التي تولدها.

وتأمل فيليبا كول وزملاؤها بأن يسمح ذلك في المستقبل القريب نسبيا بالبدء في استخدام كاشفات موجات الجاذبية لاكتشاف ودراسة تكتلات المادة المظلمة بالقرب من الثقوب السوداء.