نجوم البوزون.. هل تُخفي المادة المظلمة أجراما لا نراها؟

لا يزال أحد أعمق ألغاز الفيزياء الفلكية اليوم هو أن نحو ربع محتوى الكون تقريبا يتكوّن من شيء لا نستطيع رؤيته مباشرة سماه المختصون "المادة المظلمة"، فهي لا تبعث ضوءا ولا تمتصه، لكن العلماء يستدلّون على وجودها من تأثيرها الجاذبي الواضح في حركة النجوم والمجرات.

وحتى الآن فشلت كل المحاولات في رصد جسيمات هذه المادة الغامضة مباشرة، وهو ما دفع الفيزيائيين إلى البحث عن أفكار جديدة وغير تقليدية.

اقرأ أيضا list of 2 itemslist 1 of 2الشمس في ذروة نشاطها.. توهجات وكتل إكليلية تُنير السماء بالشفق القطبيlist 2 of 2الأرض عند حضيضها الشمسي.. وأكبر قرص للشمس يسطع في السماء ومخاطر للنظر المباشر!end of list

إحدى هذه الأفكار تقترح أن المادة المظلمة قد لا تكون جسيمات صغيرة متناثرة فقط، بل ربما تكون مرتبطة بأجسام فلكية غريبة تُعرف باسم "نجوم البوزون".

من حُزم الطاقة إلى نجوم غير مرئية

في خمسينيات القرن الماضي اقترح الفيزيائي الأميركي جون ويلر فكرة "جريئة" مفادها أن الطاقة قد تتجمع في "حُزم" مستقرة تحافظ على شكلها في الفضاء، وأطلق عليها اسم الجيونات (Geons)، لكن هذه الأجسام لم تُرصد في الطبيعة.

لاحقا، ومع تطور الفيزياء النظرية في أواخر الستينيات، توصّل العلماء إلى نماذج أكثر واقعية تقترح وجود أجسام افتراضية تتكوّن من نوع خاص من الجسيمات، وأطلقوا عليها اسم "نجوم البوزون" (Boson Stars). ورغم أنها لم تُكتشف حتى اليوم، فإن خصائصها جعلتها مرشحة بقوة لتفسير بعض ألغاز الكون، وعلى رأسها المادة المظلمة.

ما "نجوم البوزون"؟

بأبسط تعريف، فإن "نجم البوزون" هو جسم فلكي افتراضي يتكوّن كله من "بوزونات"، وهي نوع من الجسيمات دون الذرية، مثل الفوتونات (جسيمات الضوء) أو الغلوونات (جسيمات القوة النووية).

وتختلف البوزونات عن الجسيمات المألوفة التي تكوّن المادة العادية -التي تُسمّى فرميونات (Fermions) مثل الإلكترونات والبروتونات- في خاصية أساسية:
فيمكن لعدد كبير من البوزونات أن يشغل الحالة الكمومية نفسها في الوقت ذاته دون أن يتنافر، وهو ما يسمح لها بالتكدس معا وكأنها موجة واحدة كبيرة.

إعلان

هذه الخاصية تشبه ما يُعرف في المختبرات باسم "تكثف بوز–أينشتاين"، وهي حالة للمادة تظهر عند تبريد جسيمات معينة إلى درجات قريبة جدا من الصفر المطلق، وتتصرف جميعها كأنها وحدة واحدة. لكن في حالة نجوم البوزون، يحدث هذا "التكثف" على مقياس فلكي هائل، قد يصل إلى حجم نجم أو أكبر.

 

كيف تختلف عن النجوم والثقوب السوداء؟

النجوم العادية، مثل الشمس، تضيء لأنها تحرق وقودها عبر الاندماج النووي في أعماقها، أما نجوم البوزون فلا يحدث فيها هذا الاندماج، ولذلك لا تصدر ضوءا ولا حرارة.

وفي الوقت نفسه فهي تختلف عن الثقوب السوداء؛ إذ لا تمتلك ما يُعرف بـ"أفق الحدث" (الحد الذي لا يستطيع الضوء بعده الهروب من قبضة جاذبيتها). ونتيجة لذلك يمكن للضوء أن يمر عبر نجم البوزون أو ينحني حوله بفعل الجاذبية، بدل أن يُبتلع كله كما يحدث في الثقوب السوداء.

رسم تمثيلي حاسوبي لنجم البوزون (جامعة رادبود)هل رُصدت نجوم البوزون؟

حتى الآن لم يُرصد أي نجم بوزون بشكل مباشر، لكن العلماء يحاولون معرفة كيف يمكن تمييزها إن وُجدت، وفي هذا السياق أجرى فريق من الفيزيائيين بقيادة البروفيسور "هيكتور أوليفارز" من جامعة رادبود في هولندا وجامعة غوته في ألمانيا محاكاة حاسوبية متقدمة تُظهر كيف يمكن أن يبدو نجم بوزون إذا كان محاطا بحلقة من البلازما (غاز شديد الطاقة)، شبيهة بالأقراص التي تحيط بالثقوب السوداء. وتُظهر هذه المحاكاة كيف ينحرف الضوء بفعل جاذبية نجم البوزون، وما العلامات التي قد تميّزه عن الثقب الأسود.

الموجات الجاذبية.. مفتاح الاكتشاف

لا يقتصر البحث عن نجوم البوزون على الضوء فقط، بل يشمل أيضا الموجات الجاذبية، وهي تموجات في نسيج الزمكان تنتج عن تصادم الأجسام الضخمة.

فقد حاكى فريق من قسم الرياضيات التطبيقية والفيزياء النظرية بجامعة كامبريدج إشارات الموجات الجاذبية الناتجة عن اندماج نجمين من نجوم البوزون، وأظهرت النتائج أنه في بعض الحالات تكون هذه الإشارات مختلفة بوضوح عن تلك الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء، وهو ما قد يشير إلى فيزياء جديدة لم تُكتشف بعد.

أما في حالات أخرى، فقد تختلط الإشارات بإشارات الثقوب السوداء، لكن العلماء يعوّلون على الجيل القادم من مراصد الموجات الجاذبية -الأكثر دقة والأقل ضجيجا- للتمييز بينها مستقبلا.

وإذا تبيّن أن نجوم البوزون موجودة بالفعل، فقد تكون جزءا من المادة المظلمة نفسها، أو دليلا على وجود جسيمات جديدة فائقة الخفة مثل الأكسيونات (Axions)، وهي جسيمات افتراضية مرشحة بقوة للمادة المظلمة، وسيؤدي ذلك إلى إعادة صياغة فهمنا لتكوّن المجرات وبنية الكون، وربما إلى توسيع أو تعديل بعض جوانب نظرية النسبية العامة.

ولا يزال البحث في نجوم البوزون في مراحله النظرية، لكنه جزء من جهد عالمي لفهم طبيعة الكون الخفية، وإذا كشف المستقبل أن بعض ما نعدّه اليوم ثقوبا سوداء هو في الحقيقة نجوم بوزون عملاقة وغير مرئية، فسيكون ذلك واحدا من أعظم الاكتشافات في تاريخ علم الفلك الحديث.

المصدر: الجزيرة