قد يساعد البحث عن موجات الجاذبية - النبضات في المكان والزمان الناتجة عن الكوارث الكونية العظيمة - في حل أحد ألغاز الكون الأخرى - سحب البوزون وما إذا كانت المنافس الرئيسي للمادة المظلمة.
لاكتشاف السحب البوزونية المحتملة ، يستخدم الباحثون أدوات قوية مثل المرصد المتقدم لموجات الجاذبية بالليزر (LIGO) ، و Virgo Advanced ، و KAGRA ، والتي تسجل موجات الجاذبية حتى مليارات السنين الضوئية.
تم اقتراح السحب البوزونية ، المكونة من جسيمات دون ذرية خفيفة للغاية لا يمكن اكتشافها عمليًا ، كمصدر محتمل للمادة المظلمة ، والتي تشكل حوالي 85٪ من كل المادة في الكون.
الآن ، تقدم دراسة دولية كبرى جديدة بواسطة تعاون LIGO-Virgo-KAGRA بقيادة علماء من الجامعة الوطنية الأسترالية (ANU) واحدة من أفضل الفرص للعثور على هذه الجسيمات دون الذرية من خلال البحث عن موجات الجاذبية التي تسببها سحب البوزونات التي تدور حول الثقوب السوداء. .
قالت الدكتورة ليلي صن ، من مركز ANU لفيزياء الجاذبية الفلكية ، إن الدراسة كانت أول مسح شامل للسماء في العالم مصمم للبحث عن موجات الجاذبية المتوقعة المنبثقة من السحب البوزونية المحتملة بالقرب من الثقوب السوداء سريعة الدوران.
"يكاد يكون من المستحيل اكتشاف جسيمات البوزون الخفيفة جدًا على الأرض. هذه الجسيمات ، إن وجدت ، لها كتلة منخفضة للغاية ونادراً ما تتفاعل مع مادة أخرى ، وهي إحدى الخصائص الرئيسية التي يبدو أن المادة المظلمة تمتلكها ". المادة المظلمة هي مادة لا يمكن رؤيتها مباشرة ، لكننا نعلم أن المادة المظلمة موجودة لأنها تؤثر على الأشياء التي يمكننا ملاحظتها. ولكن من خلال فحص موجات الجاذبية المنبعثة من هذه السحب ، قد نتمكن من تعقب هذه الجسيمات البوزونية المراوغة وربما كسر شفرة المادة المظلمة. قد يسمح لنا بحثنا أيضًا باستبعاد بعض جسيمات البوزون الخفيفة جدًا التي تشير نظرياتنا إلى أنها قد تكون موجودة ولكنها في الواقع غير موجودة ".
يقول الدكتور صن ، وهو أيضًا باحث مبتدئ في مركز التميز في ARC لاكتشاف موجات الجاذبية (OzGrav) ، إن أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية تسمح للباحثين بدراسة طاقة الثقوب السوداء سريعة الدوران المنبعثة من مثل هذه السحب ، إذا كانت موجودة.
"نعتقد أن هذه الثقوب السوداء تحبس عددًا كبيرًا من الجسيمات البوزونية في مجال جاذبيتها القوية ، مما يخلق سحابة مرتبطة بها. كانت هذه الرقصة مستمرة منذ ملايين السنين وتستمر في توليد موجات الجاذبية التي تنتقل عبر الفضاء ".
على الرغم من أن الباحثين لم يكتشفوا بعد موجات الجاذبية من السحب البوزونية ، قال الدكتور صن إن علم موجات الجاذبية "فتح الأبواب التي كانت مغلقة في السابق للعلماء". "إن اكتشاف موجات الجاذبية لا يوفر فقط معلومات حول الأجسام المدمجة الغامضة في الكون ، مثل الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية ، ولكنه يتيح لنا أيضًا البحث عن جسيمات جديدة ومادة مظلمة. ستفتح كاشفات الموجات الثقالية المستقبلية بالتأكيد المزيد من الاحتمالات. سنكون قادرين على اختراق أعمق في الكون واكتشاف المزيد من المعلومات حول هذه الجسيمات. على سبيل المثال ، سيوفر اكتشاف سحب البوزونات بواسطة أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية معلومات مهمة حول المادة المظلمة ويساعد في تقدم عمليات البحث الأخرى عن المادة المظلمة. كما أنه سيحسن فهمنا لفيزياء الجسيمات على نطاق أوسع.
اكتشاف مهم آخر هو أن الدراسة سلطت الضوء على احتمال وجود غيوم بوزونية في مجرتنا ، بالنظر إلى عمرها. قال الدكتور صن إن قوة أي موجة جاذبية تعتمد على عمر السحابة ، حيث ترسل السحب القديمة إشارات أضعف. قال الدكتور صن: "سحابة البوزون تتقلص لأنها تفقد الطاقة ، مما يؤدي إلى إرسال موجات الجاذبية".
"لقد تعلمنا أن نوعًا معينًا من سحابة البوزون التي يقل عمرها عن 1000 عام من غير المرجح أن توجد في أي مكان في مجرتنا ، ومن غير المرجح أن توجد السحب التي يصل عمرها إلى 10 ملايين سنة في غضون حوالي 3260 سنة ضوئية من الأرض."
اقرأ أيضا: