قد لا يكون تشويه التدفقات النجمية ناتجًا عن مادة غامضة. قد تكون المجرة نفسها قادرة على صياغة إشارات المادة المظلمة.

الملخص:

لطالما كان علماء الفلك يأملون في البحث عن أدلة على وجود المادة المظلمة من خلال الفجوات والانحناءات وغيرها من الهياكل غير العادية في تيارات النجوم حول درب التبانة. ومع ذلك، أظهرت دراسة جديدة من جامعة واشنطن أنه حتى بدون الكتل الصغيرة من المادة المظلمة التي يُعتقد أنها تخلق هذه السمات، فإن بنية الجاذبية للمجرة نفسها قد تنتج نفس الظاهرة تقريبًا.

التيارات النجمية عبارة عن شرائط ممدودة من النجوم التي تدور حول المجرات. وقام الباحثون بمحاكاة نحو 15 ألف تيار نجمي في أربع مجرات افتراضية مماثلة في الحجم لمجرة درب التبانة، واستبعدوا عمدا كتلا صغيرة من المادة المظلمة تسمى "الهالات الفرعية للمادة المظلمة". وبعد ما يعادل 5 مليارات سنة من محاكاة التطور، طورت جميع التيارات النجمية تقريبًا هياكل غير منتظمة بدرجات متفاوتة، وفي النهاية بقي 70 منها فقط سلسًا تمامًا.

قال أربيت أرورا، المؤلف الأول للورقة البحثية وزميل ما بعد الدكتوراه في علم الفلك بجامعة واشنطن، إن نتائج المحاكاة تظهر أن المجرة المضيفة نفسها يمكن أن تشكل مجموعة متنوعة من الحالات الشاذة الشائعة في تيارات النجوم الحقيقية. الآن، يمكن للباحثين أولاً التنبؤ بتأثيرات المجرات نفسها ومن ثم عزل الجزء الذي قد يكون سببه المادة المظلمة.

تم نشر الأبحاث ذات الصلة في مجلة الفيزياء الفلكية.

تنشأ هذه التشوهات بشكل رئيسي من عدم تجانس البنية الداخلية للمجرة. في المحاكاة، لا يتم توزيع النجوم بالتساوي عبر قرص المجرة، ولكنها تشكل مناطق ذات كثافات مختلفة، تشبه الهياكل المعقدة في المجرات الحقيقية. عندما تمر تيارات النجوم عبر مناطق أكثر كثافة، يمكن لحقول الجاذبية غير المستوية أن تثنيها أو تمزقها أو تبعثرها.

توقعت ألورا في الأصل أن المجرة ستحدث بعض الحالات الشاذة، لكنها لم تتوقع أن يكون هناك مثل هذا العدد الكبير. وقال إن كل تيار تقريبًا لديه نوع من التغيير الهيكلي، مما يعني أن الافتراض التقليدي بأن الجداول بطبيعتها ممدودة وناعمة لا ينطبق بالضرورة.

تتضمن الأشكال التي ظهرت في المحاكاة التموجات والانحناءات والالتواءات والنتوءات والفروع والفجوات والكتل النجمية. حتى أن بعض التيارات النجمية تتمزق تمامًا بسبب بيئة الجاذبية المعقدة والمتغيرة باستمرار للمجرة المضيفة. تميل تيارات النجوم الأقرب إلى قلب المجرة إلى تطوير سمات غير منتظمة لأنها تمر عبر مناطق كثيفة ومعقدة هيكليًا بشكل متكرر.

يزيد هذا الاكتشاف من صعوبة استخدام التدفقات النجمية لدراسة المادة المظلمة. ويعتقد أن المادة المظلمة تحتل الغالبية العظمى من كتلة الكون وتوفر "الهيكل العظمي" لتشكيل المجرات. ومع ذلك، فهو لا يتفاعل مع الضوء ولا يكاد يتفاعل مباشرة مع المادة العادية. لا يمكن للعلماء حاليًا استنتاج وجودها إلا من خلال تأثيرات الجاذبية.

وقالت نورا شيب، الأستاذة المساعدة في علم الفلك بجامعة واشنطن والمؤلفة المشاركة في الورقة، إن مجرة ​​درب التبانة هي واحدة من أفضل المختبرات لدراسة المادة المظلمة، والتيارات النجمية هي واحدة من أدواتها الحادة. تتشكل التدفقات النجمية عندما تدخل مجموعة من النجوم إلى المجرة ويتم التقاطها بواسطة جاذبيتها. وبينما تدور هذه المجموعة من النجوم حول المجرة، فإن جاذبية المجرة تمدها إلى أشرطة ممدودة. قد تحتوي معظم المجرات على تيارات نجمية، لكن تلك الموجودة حول مجرة ​​درب التبانة هي الأسهل في المراقبة.

تحتوي العديد من تيارات النجوم في درب التبانة على فجوات ومكامن الخلل. في الماضي، تكهن علماء الفلك بأن هذه الهياكل قد تتشكل بسبب اضطرابات الجاذبية في التيارات النجمية التي تمر بالقرب من الهالات الفرعية للمادة المظلمة. إذا كان هذا التفسير صحيحا، فمن المتوقع أن يساعد شكل التيار النجمي العلماء على فهم تكوين المادة المظلمة وتوزيعها.

ومع ذلك، تظهر عمليات المحاكاة الجديدة أنه قبل أن نعزو هذه التشوهات إلى المادة المظلمة، يجب على الباحثين أولاً استبعاد التأثيرات المماثلة من المجرة المضيفة نفسها. تخطط أرورا لإضافة كتل المادة المظلمة مرة أخرى إلى عمليات المحاكاة اللاحقة واختبار ما إذا كانت تنتج أنماطًا فريدة يمكن تمييزها عن تأثيرات المجرة نفسها.

وقد تساعد الملاحظات المستقبلية العلماء أيضًا على التمييز بين هذه النتائج. ومن المتوقع أن يكتشف تلسكوب المسح سيموني التابع لمؤسسة العلوم الوطنية ومرصد فيرا سي روبين التابع لوزارة الطاقة المزيد من التيارات النجمية في مجرة ​​درب التبانة. قد تساعد كمية أكبر من بيانات الرصد علماء الفلك على تصنيف الهياكل المختلفة في التدفقات النجمية والبحث عن "بصمات الأصابع" المرتبطة بالمادة المظلمة بثقة أكبر.

وأشار جيمس دافنبورت، الأستاذ المساعد في علم الفلك بجامعة واشنطن، إلى أنه لا توجد طريقة بسيطة ومباشرة للكشف عن بنية المادة المظلمة. على الرغم من أن التيارات النجمية عبارة عن أنظمة معقدة، إلا أنها لا تزال واحدة من أكثر الطرق قيمة لدراسة المادة المظلمة بالقرب من النظام الشمسي.