يعتقد العلماء أن نحو 25% من كتلة الكون تتكون من نوع من المادة لا يصدر عنها ضوء، مما يجعلها غير مرئية للعين المجردة أو للتلسكوبات، ولهذا السبب يطلق عليها اسم “المادة المظلمة”.
ويعرفون كيف تتصرف هذه المادة من حيث تأثيرها الجاذبي، لكنهم ما زالوا عاجزين عن معرفة طبيعتها الحقيقية، وقد طرحت على مدار نصف قرن مضى العديد من الفرضيات لتفسير المادة المظلمة، لكن لم يتم تأكيد أي منها بشكل قاطع من الناحية التجريبية.
ومؤخرا، نشرت دراسة مشتركة بين علماء من الولايات المتحدة وبريطانيا في دورية “جورنال أوف كوزمولوجي آند آستروبارتيكل فيزيكس” تزعم أنها تقدم أداة ملموسة قد تساعد في كسر هذا الجمود، من خلال التعريف بفئة جديدة من الأجسام السماوية أطلقوا عليها اسم “الأقزام المظلمة”.
قزم من نوع خاص
ولتفادي الالتباس، يجب التمييز بين هذه الفئة الجديدة و”الأقزام البنية” التي يعرفها العلماء منذ فترة، فالأخيرة أجسام سماوية تقع بين الكواكب والنجوم من حيث الكتلة والخصائص، وتُسمى أحيانا “نجوم فاشلة” لأنها لم تمتلك كتلة كافية لبدء عمليات الاندماج النووي كالنجوم الحقيقية.
ولا تصدر “الأقزام البنية” ضوءا مرئيا قويا، لذا يصعب رصدها بالتلسكوبات العادية، لكنها تشع في نطاق الأشعة تحت الحمراء، ويمكن التقاطها باستخدام تلسكوبات متخصصة مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي.
وتعتمد النظرية الجديدة -التي طورها الباحثون من جامعات هاواي بالولايات المتحدة، ودورهام وليفربول بالمملكة المتحدة- على أن “الأقزام البنية” قد تلعب دورا مهما في الأبحاث الحديثة الرامية إلى كشف ماهية المادة المظلمة، إذا ما تحولت إلى ما يسمى “قزم مظلم” نتيجة تراكم المادة المظلمة داخل نواتها.
ما جسيمات “ويمبز”؟
ولتبسيط الفكرة، يمكن تشبيه “القزم البني” بشمعة صغيرة لا تملك وقودا كافيا للاشتعال، لكنها موجودة في جو مليء بجسيمات خفية (المادة المظلمة) حيث تبدأ هذه الجسيمات بالتجمع داخل الشمعة، مولدة حرارة خفية تجعلها تضيء من تلقاء نفسها، فتنتقل من حالة “القزم البني” إلى “القزم المظلم”.
وتسمى الجسيمات المرشحة لإحداث هذا التأثير “جسيمات ويمبز” وهي نظريا لم تُكتشف بعد، وتعد من أبرز المواد المرشحة لتكوين المادة المظلمة.
وتتميز هذه الجسيمات بعدم إصدارها أي ضوء، وعدم تفاعلها مع القوى الكهرومغناطيسية، مما يجعلها غير مرئية للتلسكوبات، لكنها تملك كتلة تؤثر بالجاذبية.
ويقول جيريمي ساكستين أستاذ الفيزياء في جامعة هاواي وأحد مؤلفي الدراسة في بيان رسمي نشر عبر منصة “يورك أليرت” إنه لكي توجد الأقزام المظلمة “يجب أن تتكون المادة المظلمة من جسيمات ويمبز، أو أي جسيمات ثقيلة أخرى تتفاعل بقوة مع بعضها لإنتاج طاقة مرئية.
أما المواد المرشحة الأخرى للمادة المظلمة -مثل الأكسيونات والجسيمات فائقة الخفة أو النيوترينوات العقيمة- فهي خفيفة جدا ولا تستطيع إحداث التأثير المطلوب في هذه الأجسام، حسب ما ذكر ساكستين.
ويضيف “فقط الجسيمات الضخمة هي القادرة على التفاعل الذاتي لإطلاق طاقة مرئية يمكنها تشغيل قزم مظلم”.
مؤشر فريد للتمييز
مع ذلك، تبقى هذه الفرضية محدودة القيمة إن لم توجد طريقة ملموسة لتمييز “القزم المظلم” عن “الأقزام البنية” العادية. ولهذا اقترح ساكستين وزملاؤه مؤشرا فريدا للتمييز، وهو البحث عن عنصر الليثيوم-7.
ويشرح ساكستين “في النجوم البنية العادية، يحترق الليثيوم-7 بسرعة ولا يبقى في النجم. لكن في القزم المظلم، الذي لا يضيء بواسطة الاندماج النووي، قد يبقى هذا العنصر لفترة أطول، وبالتالي فإن وجود الليثيوم-7 في جسم يشبه القزم البني سيكون دليلا مباشرا على وجود المادة المظلمة من نوع جسيمات ويمبز أو ما يشابهها”.
وبحسب هذا الأكاديمي وزملائه، فإن أدوات كتلسكوب جيمس ويب الفضائي قد تكون قادرة على رصد هذه الأجسام بمركز مجرتنا، من خلال الضوء الخافت الذي تصدره، أو عبر دراسة مجموعات كبيرة من النجوم ومحاولة اكتشاف خصائص غريبة تدل على وجود “الأقزام المظلمة”.