على بعد سبعة مليارات سنة ضوئية من الأرض، هناك مجموعة غير متوقعة من المجرات. وله منطقتان في طور التصادم مع بعضهما البعض بكتلة مجتمعة تزيد عن كوادريليون كتلة شمسية. ونظرًا لكتلته، فقد تم تسمية الكتلة البعيدة إل جوردو، السمين. ما يجعله غير عادي هو أنه كبير للغاية بالنسبة لتلك الفترة من الكون. كيف تشكلت مثل هذه الكتلة العملاقة في وقت مبكر جدًا؟ يعد El Gordo مفاجئًا جدًا لدرجة أن بعض علماء الفلك يعتبرونه مثالًا مضادًا للنموذج القياسي لعلم الكونيات. من الصعب تفسير كيف يمكن للمادة المظلمة الباردة في الكون المتضخم أن تولد عنقودًا فائقًا كبيرًا بهذه السرعة. تبحث دراسة جديدة في كيف يمكن للمادة المظلمة التي تتفاعل ذاتيًا أن تفسر كل ذلك.
تشكل المادة المظلمة الجزء الأكبر من الكتلة في الكون. إنه لا يتفاعل بقوة مع الضوء، إذا كان يتفاعل على الإطلاق، ومن هنا جاء الاسم. وهذا يعني أيضًا أن المادة المظلمة لا تتفاعل بقوة مع المادة العادية، نظرًا لأن معظم تفاعلات المادة هي ذات طبيعة كهرومغناطيسية. ومع ذلك، فإن أحد الأسئلة الرئيسية هو ما إذا كانت المادة المظلمة قادرة على التفاعل بقوة مع نفسها.
وجهة النظر الأكثر شيوعًا هي أن المادة المظلمة لا تتفاعل ذاتيًا. وذلك لأن الملاحظات تظهر أن المادة المظلمة باردة في الغالب، مما يعني أن جزيئات المادة المظلمة لا تملك الكثير من الطاقة الحركية. إذا أمكن لجزيئات المادة المظلمة أن تصطدم ببعضها البعض، فإنها ستبقى دافئة، تمامًا كما يمكن للمادة العادية أن تسخن عندما تتصادم. يمكن للمادة المظلمة ذاتية التفاعل (SIDM) أن تخلق عنقودًا فائقًا مبكرًا مثل El Gordo، ولكنها ستنتج أيضًا الكثير من المادة المظلمة الدافئة.
للتغلب على هذه المشكلة، تقترح هذه الدراسة الجديدة تفاعلًا ثنائي الحالة للمادة المظلمة. تتفاعل المادة العادية في الغالب من خلال الاصطدامات المرنة. على سبيل المثال، تميل جزيئات الهواء الموجودة في غرفتك إلى الارتداد عن بعضها البعض دون فقدان الكثير من الطاقة. هذا هو السبب في أن غرفتك يمكن أن تبقى في درجة حرارة ثابتة. إذا كانت الاصطدامات غير مرنة، وتفقد الطاقة مع كل ارتداد، فسوف تتجمد غرفتك بسرعة. تفترض معظم نماذج SIDM تفاعلًا مرنًا مماثلاً. قم بتعديل التفاعل بهذه الطريقة، ويمكنك تسريع التجمعات المجرية دون الإفراط في تسخين المادة المظلمة. وكانت نتائج هذا النهج مختلطة.
وينظر المؤلف إلى نموذج المادة المظلمة الذي له حالة أرضية وحالة مثارة. مع نموذج الدولتين هذا، ستكون معظم التفاعلات مرنة، تمامًا مثل المادة العادية. لكن باستخدام الطاقة المناسبة، يمكن أن يؤدي الاصطدام إلى دفع جسيم المادة المظلمة إلى حالة مثارة، وبالتالي إزالة الطاقة الحركية من الاصطدام. يمكن لجزيئات المادة المظلمة أن تتجمع معًا وتبرد في نفس الوقت.
استنادًا إلى عمليات محاكاة الجسم N للمناطق المتصادمة في El Gordo، فإن نموذج SIDM ذو الحالتين مع كل من الاصطدامات المرنة وغير المرنة هو الأنسب لما نلاحظه. إنه يوفر ملاءمة أفضل من التفاعلات غير المتفاعلة والمرنة فقط. المهم هو أنه لا يزال هناك قدر كبير من عدم اليقين بشأن الكتلة الدقيقة لـ El Gordo والسرعة التي تصطدم بها المنطقتان. إذا كان العنقود الفائق يقع عند الطرف الأدنى من هذا النطاق، فإن نموذج الدولتين لن يناسب البيانات. إذن هذا حل ممكن، وليس حلا محددا.
وإلى أن نلاحظ بشكل مباشر جسيمات المادة المظلمة، فإن كل أنواع الاحتمالات مطروحة على الطاولة. وكما تظهر هذه الدراسة، قد تكون المادة المظلمة أكثر تعقيدًا مما كنا نعتقد.
مرجع: Valdarnini، R. “المحاكاة الهيدروديناميكية للكتلة المندمجة El Gordo في سيناريو المادة المظلمة ذاتية التفاعل”. مجلة الفيزياء الفلكية 1008.1 (2026): 105.
