اكتشف الباحثون طريقة ممكنة لكشف وقياس الطاقة المظلمة من خلال دراسة الحركة بين مجرة درب التبانة ومجرة المرأة المسلسلة. ويمكن لهذه التقنية، التي لا تزال في مراحلها الأولى، تقدير الحد الأعلى للثابت الكوني، وهو نموذج بسيط للطاقة المظلمة، وهو أعلى بخمس مرات من القيمة المحددة للكون المبكر.
استخدم العلماء مجرات بعيدة جدًا لدراسة الطاقة المظلمة منذ اكتشافها لأول مرة في أواخر التسعينيات، لكنهم لم يكتشفوها بشكل مباشر بعد. ومع ذلك، وجد الباحثون في جامعة كامبريدج أنه من خلال دراسة كيفية تحرك مجرة المرأة المسلسلة ودرب التبانة تجاه بعضهما البعض بالنظر إلى كتلتهما المشتركة، يمكنهم وضع حد أعلى لقيمة الثابت الكوني، وهو أبسط نموذج للطاقة المظلمة. والحد الأعلى الذي وجدوه أعلى بخمس مرات من قيمة الثابت الكوني الذي يمكن اكتشافه من الكون المبكر.
ويقول الباحثون إنه على الرغم من أن التكنولوجيا لا تزال في مراحلها الأولى من التطوير، فقد يكون من الممكن اكتشاف الطاقة المظلمة من خلال دراسة الحي الكوني الخاص بنا. ونشرت النتائج في مجلة رسائل الفيزياء الفلكية.
كل ما يمكننا رؤيته في عالمنا وفي السماء - من الحشرات الصغيرة إلى المجرات العملاقة - يشكل خمسة بالمائة فقط من الكون المرئي. والباقي عبارة عن مادة مظلمة: يعتقد العلماء أن حوالي 27% من الكون يتكون من المادة المظلمة، التي تربط الأشياء معًا، في حين أن 68% عبارة عن طاقة مظلمة، تدفع الأشياء بعيدًا عن بعضها البعض.
وقال المؤلف الرئيسي الدكتور ديفيد بينيستي، من قسم الرياضيات التطبيقية والفيزياء النظرية: "الطاقة المظلمة هي مصطلح شامل لمجموعة من النماذج التي يمكن إضافتها إلى نظرية أينشتاين للجاذبية. وتعرف أبسط نسختها بالثابت الكوني: كثافة طاقة ثابتة تدفع المجرات بعيدًا عن بعضها البعض".
كان الثابت الكوني إضافة مرتجلة لأينشتاين في نظريته النسبية العامة. ومن ثلاثينيات إلى تسعينيات القرن العشرين، تم ضبط الثابت الكوني على الصفر حتى تم اكتشاف قوة غير معروفة - الطاقة المظلمة - كانت تتسبب في تسارع توسع الكون. ومع ذلك، هناك على الأقل مشكلتان كبيرتان تتعلقان بالطاقة المظلمة: نحن لا نعرف ما هي، ولم نكتشفها بشكل مباشر.
لقد طور علماء الفلك مجموعة متنوعة من الأساليب للكشف عن الطاقة المظلمة منذ اكتشافها لأول مرة، ومعظمها يتضمن دراسة الأجسام في الكون المبكر وقياس مدى سرعة تحركها بعيدًا عنا. إن فك رموز تأثيرات الطاقة المظلمة منذ مليارات السنين لم يكن مهمة سهلة: نظرًا لأن الطاقة المظلمة هي قوة ضعيفة بين المجرات، فمن السهل التغلب عليها بواسطة قوى أقوى بكثير داخل المجرات.
ومع ذلك، هناك منطقة واحدة في الكون حساسة بشكل مدهش للطاقة المظلمة، وهي تقع في الفناء الخلفي للكون. مجرة المرأة المسلسلة هي أقرب مجرة إلى مجرتنا درب التبانة، وتتصادم المجرتان. ومع اقتراب المسافة، ستبدأ المجرتان في الدوران حول بعضهما البعض - ببطء شديد. ويستغرق المدار الواحد 20 مليار سنة. ومع ذلك، وبسبب الجاذبية الهائلة، ستبدأ المجرتان في الاندماج والتصادم مع بعضهما البعض قبل اكتمال المدارات الفردية، في حوالي 5 مليارات سنة.
وقال بينيستي: "المرأة المسلسلة هي المجرة الوحيدة التي ليست بعيدة عنا، لذلك من خلال دراسة كتلتها وحركتها، قد نتمكن من إصدار بعض الأحكام حول الثابت الكوني والطاقة المظلمة".
أجرى بينيستي ومؤلفوه المشاركون - البروفيسور آن ديفيس من DAMTP والبروفيسور وين إيفانز من معهد علم الفلك - سلسلة من عمليات المحاكاة بناءً على أفضل التقديرات لكتلة المجرتين ووجدوا أن الطاقة المظلمة تؤثر على تفاعل أندروميدا ودرب التبانة.
وقال بينيستي: "تؤثر الطاقة المظلمة على كل زوج من المجرات: فالجاذبية تريد أن تسحب المجرات معًا، بينما تدفعها الطاقة المظلمة بعيدًا عن بعضها البعض". "في نموذجنا، إذا قمنا بتغيير قيمة الثابت الكوني، يمكننا أن نرى كيف يغير مدارات المجرتين. واستنادًا إلى كتلتيهما، يمكننا تحديد حد أعلى للثابت الكوني، وهو أعلى بحوالي خمس مرات مما نقيسه من مكان آخر في الكون".
ويقول الباحثون إنه على الرغم من أن هذه التقنية قد تكون ذات قيمة كبيرة، إلا أنها لا تستطيع اكتشاف الطاقة المظلمة بشكل مباشر. ستوفر البيانات الواردة من تلسكوب جيمس ويب (JWST) قياسات أكثر دقة لكتلة المرأة المسلسلة وحركتها، مما سيساعد على خفض الحد الأعلى للثابت الكوني.
بالإضافة إلى ذلك، من خلال دراسة أزواج أخرى من المجرات، سيكون من الممكن تحسين هذه التقنية بشكل أكبر وتحديد كيفية تأثير الطاقة المظلمة على كوننا. وقال بينيستي: "تعد الطاقة المظلمة واحدة من أكبر الألغاز في علم الكونيات. وقد تختلف تأثيراتها باختلاف المسافة والزمن، لكننا نأمل أن تساعد هذه التقنية في كشف هذا اللغز".