اكتشاف دراسة جديدة تحسب كيفية تأثير جاذبية المادة المظلمة على الأجسام في نظامنا الشمسي ، بما في ذلك المركبات الفضائية والمذنبات البعيدة، كما يقترح طريقة يمكن من خلالها ملاحظة تأثير المادة المظلمة بشكل مباشر من خلال تجربة مستقبلية، نُشر المقال في الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية .
قال جيم جرين ، مؤلف مشارك في الدراسة ومستشار لمكتب كبير العلماء في ناسا ، “هذه هي الفكرة الأولى لكيفية القيام بذلك وأين سنفعله.”
مادة مظلمة في باحتنا الخلفية
هنا على الأرض ، تمنعنا جاذبية كوكبنا من الطيران من مقاعدنا ، وتحافظ جاذبية الشمس على كوكبنا يدور في مدار 365 يومًا، لكن كلما ابتعدت المركبة الفضائية عن الشمس ، قل شعورها بجاذبية الشمس ، وكلما شعرت بمصدر مختلف للجاذبية: مصدر الجاذبية للمادة من باقي المجرة ، والتي هي في الغالب مادة مظلمة. إن كتلة 100 مليار نجم في مجرتنا صغيرة جدًا مقارنة بتقديرات محتوى المادة المظلمة في مجرتنا درب التبانة.
لفهم تأثير المادة المظلمة في النظام الشمسي ، قام مؤلف الدراسة الرئيسي إدوارد بيلبرونو بحساب “قوة المجرة” ، وهي قوة الجاذبية الكلية للمادة العادية مجتمعة مع المادة المظلمة من المجرة بأكملها. وجد أنه في النظام الشمسي ، حوالي 45 في المائة من هذه القوة من المادة المظلمة و 55 في المائة من الطبيعي ، ما يسمى بـ “المادة الباريونية”. يشير هذا إلى انقسام نصف ونصف تقريبًا بين كتلة المادة المظلمة والمادة العادية في النظام الشمسي.
قال بيلبرونو ، عالم الرياضيات والفيزياء الفلكية في جامعة برينستون وجامعة يشيفا : “لقد فوجئت قليلاً بالمساهمة الصغيرة نسبيًا لقوة المجرة بسبب المادة المظلمة المحسوسة في نظامنا الشمسي مقارنة بالقوة الناتجة عن المادة الطبيعية” ، “هذا ما يفسره حقيقة أن معظم المادة المظلمة موجودة في الأجزاء الخارجية من مجرتنا ، بعيدًا عن نظامنا الشمسي.”
منطقة كبيرة تسمى “هالة” من المادة المظلمة تحيط بدرب التبانة وتمثل أكبر تركيز للمادة المظلمة في المجرة. هناك القليل من المواد الطبيعية في الهالة. قال المؤلفون إنه إذا كان النظام الشمسي يقع على مسافة أكبر من مركز المجرة ، فسيشعر بتأثيرات نسبة أكبر من المادة المظلمة في قوة المجرة لأنها ستكون أقرب إلى هالة المادة المظلمة.
كيف يمكن للمادة المظلمة أن تؤثر على المركبات الفضائية؟
توقع جرين وبلبرونو أن جاذبية المادة المظلمة تتفاعل بشكل طفيف مع جميع المركبات الفضائية التي أرسلتها ناسا في مسارات تؤدي إلى خارج النظام الشمسي ، وفقًا للدراسة الجديدة.
قال بيلبرونو: “إذا تحركت المركبة الفضائية عبر المادة المظلمة لفترة طويلة بما فيه الكفاية ، فإن مساراتها ستتغير ، ومن المهم أن يؤخذ هذا في الاعتبار عند التخطيط لمهمة معينة في المستقبل”.
قد تتضمن هذه المركبة الفضائية المسبار المتقاعد Pioneer 10 و 11 الذي تم إطلاقه في 1972 و 1973 على التوالي ؛ مسبار فوييجر 1 و 2 اللذان تم استكشافهما منذ أكثر من 40 عامًا ودخلوا الفضاء بين النجوم ؛ ومركبة نيو هورايزونز الفضائية التي حلقت بواسطة بلوتو وأروكوث في حزام كايبر.
لكن تأثيره ضئيل. بعد السفر لمليارات الأميال ، سينحرف مسار مركبة فضائية مثل بايونير 10 بحوالي 5 أقدام (1.6 متر) بسبب تأثير المادة المظلمة. قال جرين: “إنهم يشعرون بالفعل بتأثير المادة المظلمة ، لكنها صغيرة جدًا ، ولا يمكننا قياسها”.
أين تتولى القوة المجرية؟
على مسافة معينة من الشمس ، تصبح قوة المجرة أقوى من جاذبية الشمس ، والتي تتكون من مادة عادية. حسب بيلبرونو وجرين أن هذا الانتقال يحدث في حوالي 30000 وحدة فلكية ، أو 30000 ضعف المسافة من الأرض إلى الشمس. هذا أبعد من مسافة بلوتو ، لكنه لا يزال داخل سحابة أورت ، وهي عبارة عن سرب من ملايين المذنبات يحيط بالنظام الشمسي ويمتد إلى 100000 وحدة فلكية.
هذا يعني أن جاذبية المادة المظلمة يمكن أن تلعب دورًا في مسار أشياء مثل أومواموا ، مذنب على شكل سيجار أو كويكب جاء من نظام نجمي آخر ومرر عبر النظام الشمسي الداخلي في عام 2017. يمكن تفسير سرعته السريعة بشكل غير عادي يقول المؤلفون إن جاذبية المادة المظلمة تدفعها لملايين السنين.
إذا كان هناك كوكب عملاق في الروافد الخارجية للنظام الشمسي ، وهو كائن افتراضي يسمى Planet 9 أو Planet X كان العلماء يبحثون عنه في السنوات الأخيرة ، فإن المادة المظلمة ستؤثر أيضًا على مداره. كتب جرين وبلبرونو أنه إذا كان هذا الكوكب موجودًا ، فقد تدفعه المادة المظلمة بعيدًا عن المنطقة التي يبحث عنها العلماء حاليًا. ربما تسببت المادة المظلمة أيضًا في هروب بعض مذنبات سحابة أورت من مدار الشمس
