تحدٍّ محتمل للمادة المظلمة الباردة والدافئة

لغز كوني مخفي في العلن

معظم المادة في الكون غير مرئية. لا تُصدر ضوءًا ولا تمتصه ولا تعكسه، ومع ذلك تشكّل جاذبيتها المجرات وتجمعات المجرات. تروي هذه الورقة قصة كتلة صغيرة لكنها ذات كثافة استثنائية من هذه «المادة المظلمة» لم تُكتشف إلا لأنها شوَّهت قوسًا نحيفًا من ضوء الراديو القادم من مجرة بعيدة. من خلال الاستفادة من هذه العدسة الطبيعية المكبرة، يفحص المؤلفون أحد أصغر البنى المظلمة التي رُصدت على الإطلاق ويجدون أن خصائصه قد يصعب التوفيق بينها وبين صورتنا القياسية للمادة المظلمة.

رؤية ما لا يُرى بواسطة الضوء المُنحني

عندما تقع مجرة ضخمة مباشرة بيننا وبين مصدر أبعد، فإن جاذبيتها تحني الضوء الخلفي إلى أقواس وحلقات ممتدة، وهي ظاهرة تُعرف بالعدسة الجاذبية. في النظام الذي دُرِس هنا، تُنتج مجرة بيضاوية ضخمة على بُعد نحو منتصف المسافة إلى مصدر راديو بعيد حلقة قريبة من الاكتمال من الضوء قرب تحت الأحمر، وعند أطوال موجية الراديو تظهر قوسًا نحيفًا استثنائيًا. كشفت أعمال سابقة بالفعل عن كتلة مظلمة بحجم يقارب مئة مليون مرة كتلة الشمس بالقرب من هذه الحلقة. مؤخرًا، كشفت ملاحظات راديو فائقة الدقة عن اضطراب ثانٍ أصغر بكثير في القوس النحيف، مما ألمح إلى وجود جسم آخر أخف بكثير ولا يظهر به نجوم. تركز الورقة الجديدة على هذا الجسم المزعج الثاني وتطرح سؤالًا بسيطًا: ما نوع الشيء الذي قد يكون؟

اختبار كل مشتبه به مألوف

للإجابة، بنى الفريق نماذج حاسوبية مفصّلة تناسب بيانات الراديو مباشرة في شكلها الخام، مستكشفين 23 احتمالًا مختلفًا لكتلة وتركيب الجسم الخفي. جرّبوا أشكالًا تصف تجمعات نجمية عادية، ومجرّات قزمة مدمجة، والكتل المظلمة المتوقعة ضمن إطار المادة المظلمة الباردة القياسي ونظيرتها الدافئة. كما سمحوا بوجود الجسم إما داخل المجرة العدسية الرئيسية أو في أي مكان على طول خط الرؤية. وباستخدام مقارنة إحصائية صارمة، تساءلوا أي من هؤلاء المرشحين يمكنه إعادة إنتاج التموج الخفي الذي يتركه الجسم على القوس الراديوي النحيف.

جسم لا يشبه أي شيء نعرفه

التفسير الذي يناسب البيانات هو تفسير لافت. تُفضّل النتائج وجود جسم يجمع بين مكوّنين: كتلة مركزية غير محلّلة بصريًا، على الأرجح لا يتجاوز قطرها نحو عشرة سنوات ضوئية، تحتوي على نحو خُمس الكتلة الكلية، ومنطقة ممتدة محيطة ذات كثافة سطحية شبه ثابتة حتى نحو 450 سنة ضوئية، تتراجع بعدها الكثافة بشكل حاد. يتصرف هذا المزيج قليلاً مثل ثقب أسود ضخم أو نواة نجمية كثيفة مغمورة في قرص مسطح القمة من المادة. النماذج التي تعامل الجسم كثقب أسود منفرد، أو كتجمع نجمي كروي عادي، أو ككتلة مظلمة تقليدية تُناسب البيانات بشكل أسوأ بكثير. وحتى عندما يجبر المؤلفون نماذجهم على اتباع التنبؤات القياسية للمادة المظلمة الباردة أو الدافئة، تكون البُنى الناتجة مختلفة جدًا عن ما تتطلبه بيانات العدسة.

مؤشرات على سلوك جديد للمادة المظلمة

بما أن الجسم خافت أو مظلم تمامًا في صور قرب تحت الحمراء العميقة، يبقى تفسير نجمّي بحت مثل فئة معروفة من المجرات المدمجة ممكنًا لكنه ليس مفضّلًا بقوة بناءً على العدسة وحدها. أما إذا كان الجسم مهيمنًا عليه بواسطة المادة المظلمة، فإن نواته الكثيفة وحدوده الخارجية الحادة تشكل تحديًا للصورة المعتادة التي تُظهر أن جسيمات المادة المظلمة نادرًا ما تتفاعل إلا عبر الجاذبية. يُظهر المؤلفون أن مثل هذا التركيب المتطرف قد ينشأ طبيعياً إذا كانت جسيمات المادة المظلمة تصطدم أحيانًا مع بعضها البعض، مما يسمح للمنطقة الداخلية لهالة صغيرة بالانهيار وربما تكوين ثقب أسود مركزي. في هذا السيناريو «المتفاعل ذاتيًا»، حتى الهالات الصغيرة جدًا قد تستضيف محركات مظلمة ضخمة دون الاعتماد على العمليات المعقّدة التي تشكّل المجرات العادية.

لماذا تهم هذه الكتلة الصغيرة

هذه هي المرة الثالثة فقط التي تُرسم فيها خريطة مفصّلة لمثل هذا الجسم المظلم منخفض الكتلة بشكل فردي باستخدام التصوير الجاذبي، ومع الحالات السابقة أيضًا لا يتطابق بشكل منظم مع توقعات نماذج المادة المظلمة الباردة أو الدافئة القياسية. إذا أكدت الملاحظات المستقبلية أن هؤلاء المزعجون يهيمن عليهم فعلاً المادة المظلمة بدلاً من النجوم، فسيكون ذلك دليلًا قويًا على أن المادة المظلمة ليست عديمة التصادم تمامًا. وسيجبر ذلك علماء الكونيات على مراجعة إحدى الفرضيات المركزية وراء النموذج الحالي للبُنى الكونية، مستخدمين أنظمة نادرة لكن موحية مثل هذا القوس النحيف ورفيقه المخفي كمختبرات لفيزياء جديدة.

الاستشهاد: Vegetti, S., White, S.D.M., McKean, J.P. et al. A possible challenge for cold and warm dark matter. Nat Astron 10, 440–447 (2026). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02746-w

الكلمات المفتاحية: المادة المظلمة, العدسة الجاذبية, المادة المظلمة متفاعلة ذاتيًا, هالات المجرات, علم الفلك الراديوي