المادة المظلمة والطاقة المظلمة

الكون الذي لا نراه

حين يجمع الفلكيون كل النجوم والغاز والغبار الذي يستطيعون رصده، يقصر المجموع كثيرًا عما تقول الجاذبية إنه يجب أن يكون موجودًا. وطريقة نمو الكون كله لا تطابق ما كانت المادة العادية وحدها لتفعله.

يغطي اسمان هاتين الفجوتين. المادة المظلمة كتلة إضافية تجذب لكنها لا تضيء. والطاقة المظلمة هي أيًا كان ما يدفع الكون إلى التمدد أسرع مع الزمن.

كلمة «مظلمة» هنا تعني ببساطة مجهولة وغير مرئية للتلسكوبات. وليست أي منهما هي سحب الغبار الداكنة التي تراها في صور درب التبانة.

أدلة المادة المظلمة

في عام 1933 قاس فريتز زفيكي مجرات في عنقود الهلبة فوجدها تتحرك بسرعة لا تستطيع معها المادة المرئية أن تمسكها معًا. وفي السبعينيات قاست فيرا روبين وكنت فورد دوران النجوم في المجرات الحلزونية. فكانت النجوم البعيدة عن المركز تتحرك بسرعة النجوم الأقرب نفسها، وهذا لا يستقيم إلا إذا كانت كل مجرة داخل هالة كبيرة غير مرئية من الكتلة.

وتحني الجاذبية الضوء أيضًا، وهو تأثير يُسمى التعدس الجذبي. فالعناقيد المجرية الضخمة تشوّه صور المجرات خلفها إلى أقواس، ومقدار الانحناء يكشف كتلة أكبر بكثير مما تستطيع المادة المرئية توفيره.

عنقود الرصاصة، الذي دُرس بالتفصيل عام 2006، زوج من العناقيد المجرية اخترق أحدهما الآخر. وتُظهر صور الأشعة السينية أن الغاز الساخن، الذي يحوي معظم المادة العادية، تباطأ في الوسط، بينما يُظهر التعدس أن معظم الكتلة مضت إلى الأمام. ويصعب تفسير هذا الانفصال دون المادة المظلمة.

ماذا قد تكون المادة المظلمة؟

لا يبدو أن المادة المظلمة تبعث الضوء أو تمتصه أو تعكسه، لكن لها جاذبية. ويرى معظم العلماء أنها مكونة من جسيمات لم تُحدَّد بعد.

ومن المرشحين الشائعين جسيمات WIMP، وهي جسيمات ثقيلة بالكاد تتفاعل مع أي شيء، والأكسيونات، وهي جسيمات خفيفة للغاية. وقد بحثت كواشف في أعماق الأرض وفي مصادمات الجسيمات وفي الفضاء عقودًا دون إشارة مؤكدة حتى 2026.

وتستكشف مجموعة أصغر من الباحثين بدلًا من ذلك الجاذبية المعدّلة، أي فكرة أن الجاذبية تتصرف بشكل مختلف على مقاييس المجرات. لكن حتى الآن لا تفسر أي نظرية كهذه كل الأدلة كما تفسرها المادة المظلمة، خاصة حالات مثل عنقود الرصاصة.

الطاقة المظلمة والكون المتسارع

منذ العشرينيات من القرن العشرين يعرف الفلكيون أن الكون يتمدد. وتوقع معظمهم أن تبطئ الجاذبية هذا التمدد مع الزمن.

في عام 1998 استعمل فريقان مستعرات عظمى من النوع Ia، وهي أقزام بيضاء منفجرة ذات سطوع يمكن التنبؤ به، لقياس المسافات إلى مجرات بعيدة. فبدت المستعرات البعيدة أخفت من المتوقع، ما يعني أن التمدد ظل يتسارع طوال بضعة مليارات السنين الأخيرة. ونال الاكتشاف جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2011.

أبسط تفسير طاقة ثابتة مبنية في الفضاء نفسه، قريبة من «الثابت الكوني» الذي اقترحه أينشتاين يومًا. وقد ألمحت مسوح حديثة، مثل DESI، إلى أن الطاقة المظلمة قد تتغير مع الزمن، لكن هذا لا يزال قيد الاختبار حتى 2026.

الحصيلة: 5% و27% و68%

يعطي الجمع بين قياسات إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، وهو التوهج الباهت المتبقي من الانفجار العظيم، ومسوح المجرات والمستعرات العظمى ميزانية متسقة على نحو لافت. فالمادة العادية نحو 5% من المجموع، والمادة المظلمة نحو 27%، والطاقة المظلمة نحو 68%.

هذه الحصص تقريبية، وتصف الكون اليوم. ففي الكون المبكر أدت الطاقة المظلمة دورًا أصغر بكثير، وكانت المادة هي المهيمنة.

وبعبارة أخرى، نحو 95% من الكون مكوّن من أشياء نستطيع وصفها بآثارها لكننا لا نستطيع تسميتها بعد.

إقليدس وبعثات أخرى

أُطلق تلسكوب إقليدس الفضائي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية في يوليو 2023، وأسهمت ناسا بكواشفه للأشعة تحت الحمراء. ومن موضع على بعد نحو 1.5 مليون كم من الأرض، يرسم خرائط أشكال مليارات المجرات ومسافاتها عبر نحو ثلث السماء.

تتتبع التشوهات الدقيقة في أشكال المجرات المادة المظلمة بيننا وبينها، ويسجّل نمط المجرات عبر الزمن كيف مطّت الطاقة المظلمة الفضاء. وصدرت صوره الأولى عام 2023، وأول بيانات مسحه عام 2025.

وتضيف مشاريع أخرى إلى الصورة، منها مرصد فيرا سي. روبين في تشيلي وتلسكوب نانسي غريس رومان الفضائي التابع لناسا، الذي أُطلق في أغسطس 2026.

أسئلة مفتوحة

أي جسيم، إن وُجد، هو المادة المظلمة؟ هل الطاقة المظلمة ثابتة حقًا أم تتغير؟ هل يمكن لنظرية أعمق للجاذبية أن تربط بين الاثنين؟

والإجابة عن أي من هذه الأسئلة ستعيد على الأرجح تشكيل الفيزياء. أما الآن، فالأفضل النظر إلى المادة المظلمة والطاقة المظلمة على أنهما تسميتان دقيقتان لتأثيرات حقيقية مقيسة لا تزال أسبابها مجهولة.