"النجوم القزمة المظلمة" هل تكون المفتاح لحل لغز الكون الأكبر؟
ويعرفون كيف تتصرف هذه المادة من حيث تأثيرها الجاذبي، لكنهم ما زالوا عاجزين عن معرفة طبيعتها الحقيقية، وقد طرحت على مدار نصف قرن مضى العديد من الفرضيات لتفسير المادة المظلمة، لكن لم يتم تأكيد أي منها بشكل قاطع من الناحية التجريبية.
ومؤخرا، نشرت دراسة مشتركة بين علماء من الولايات المتحدة وبريطانيا في دورية "جورنال أوف كوزمولوجي آند آستروبارتيكل فيزيكس" تزعم أنها تقدم أداة ملموسة قد تساعد في كسر هذا الجمود، من خلال التعريف بفئة جديدة من الأجسام السماوية أطلقوا عليها اسم "الأقزام المظلمة".
قزم من نوع خاص
ولتفادي الالتباس، يجب التمييز بين هذه الفئة الجديدة و"الأقزام البنية" التي يعرفها العلماء منذ فترة، فالأخيرة أجسام سماوية تقع بين الكواكب والنجوم من حيث الكتلة والخصائص، وتُسمى أحيانا "نجوم فاشلة" لأنها لم تمتلك كتلة كافية لبدء عمليات الاندماج النووي كالنجوم الحقيقية.
ولا تصدر "الأقزام البنية" ضوءا مرئيا قويا، لذا يصعب رصدها بالتلسكوبات العادية، لكنها تشع في نطاق الأشعة تحت الحمراء، ويمكن التقاطها باستخدام تلسكوبات متخصصة مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي.
وتعتمد النظرية الجديدة -التي طورها الباحثون من جامعات هاواي بالولايات المتحدة، ودورهام وليفربول بالمملكة المتحدة- على أن "الأقزام البنية" قد تلعب دورا مهما في الأبحاث الحديثة الرامية إلى كشف ماهية المادة المظلمة، إذا ما تحولت إلى ما يسمى "قزم مظلم" نتيجة تراكم المادة المظلمة داخل نواتها.
ما جسيمات "ويمبز"؟
ولتبسيط الفكرة، يمكن تشبيه "القزم البني" بشمعة صغيرة لا تملك وقودا كافيا للاشتعال، لكنها موجودة في جو مليء بجسيمات خفية (المادة المظلمة) حيث تبدأ هذه الجسيمات بالتجمع داخل الشمعة، مولدة حرارة خفية تجعلها تضيء من تلقاء نفسها، فتنتقل من حالة "القزم البني" إلى "القزم المظلم".
وتسمى الجسيمات المرشحة لإحداث هذا التأثير "جسيمات ويمبز" وهي نظريا لم تُكتشف بعد، وتعد من أبرز المواد المرشحة لتكوين المادة المظلمة.
وتتميز هذه الجسيمات بعدم إصدارها أي ضوء، وعدم تفاعلها مع القوى الكهرومغناطيسية، مما يجعلها غير مرئية للتلسكوبات، لكنها تملك كتلة تؤثر بالجاذبية.
ويقول جيريمي ساكستين أستاذ الفيزياء في جامعة هاواي وأحد مؤلفي الدراسة في بيان رسمي نشر عبر منصة "يورك أليرت" إنه لكي توجد الأقزام المظلمة "يجب أن تتكون المادة المظلمة من جسيمات ويمبز، أو أي جسيمات ثقيلة أخرى تتفاعل بقوة مع بعضها لإنتاج طاقة مرئية.
أما المواد المرشحة الأخرى للمادة المظلمة -مثل الأكسيونات والجسيمات فائقة الخفة أو النيوترينوات العقيمة- فهي خفيفة جدا ولا تستطيع إحداث التأثير المطلوب في هذه الأجسام، حسب ما ذكر ساكستين.
ويضيف "فقط الجسيمات الضخمة هي القادرة على التفاعل الذاتي لإطلاق طاقة مرئية يمكنها تشغيل قزم مظلم".
مؤشر فريد للتمييز
مع ذلك، تبقى هذه الفرضية محدودة القيمة إن لم توجد طريقة ملموسة لتمييز "القزم المظلم" عن "الأقزام البنية" العادية. ولهذا اقترح ساكستين وزملاؤه مؤشرا فريدا للتمييز، وهو البحث عن عنصر الليثيوم-7.
ويشرح ساكستين "في النجوم البنية العادية، يحترق الليثيوم-7 بسرعة ولا يبقى في النجم. لكن في القزم المظلم، الذي لا يضيء بواسطة الاندماج النووي، قد يبقى هذا العنصر لفترة أطول، وبالتالي فإن وجود الليثيوم-7 في جسم يشبه القزم البني سيكون دليلا مباشرا على وجود المادة المظلمة من نوع جسيمات ويمبز أو ما يشابهها".
وبحسب هذا الأكاديمي وزملائه، فإن أدوات كتلسكوب جيمس ويب الفضائي قد تكون قادرة على رصد هذه الأجسام بمركز مجرتنا، من خلال الضوء الخافت الذي تصدره، أو عبر دراسة مجموعات كبيرة من النجوم ومحاولة اكتشاف خصائص غريبة تدل على وجود "الأقزام المظلمة".
هاشتاغز
جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا
اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:
التعليقات
لا يوجد تعليقات بعد...
أخبار ذات صلة
الجزيرة
منذ ساعة واحدة
- الجزيرة
شاهد.. روبوت جراحي يجري أول عملية جراحية دون تدخل بشري
نجح روبوت جراحي في تنفيذ جزء طويل من عملية استئصال مرارة دون أي تدخل بشري، ولأول مرة يباشر الروبوت عملية على مريض يشبه الإنسان الحقيقي، وكان يتفاعل مع التعليمات الصوتية التي يوجهها له الفريق الطبي، تماما كمتدرب يتعلم من جراح خبير، بحسب موقع (هيلث كار إن يوروب). وأثناء التجربة أظهر الروبوت الذي أُطلق عليه اسم "إس تي آر-إتش" (STR-H) أداء ثابتا ومهارة تشبه مهارة الجراحين المحترفين، حتى عند مواجهته الحالات المفاجئة التي تشبه ما يحدث في حالات الطوارئ الحقيقية. ويُعد هذا المشروع الذي تقوده جامعة جونز هوبكنز بتمويل من الحكومة الأميركية تطورا كبيرا في مجال الروبوتات الجراحية، إذ أصبح بإمكان الروبوتات الآن، الجمع بين دقة الآلة ومحاكاة الفهم البشري، وصرح أكسل كريغر، خبير الروبوتات الطبية: "هذا التقدم ينقلنا من روبوتات تنفذ مهمات جراحية محددة، إلى روبوتات تفهم فعلا الإجراءات الجراحية"، وأضاف أن هذا الفارق مهم جدا ويُقربنا كثيرا من أنظمة جراحية ذاتية يمكن الاعتماد عليها في ظروف واقعية وغير متوقعة، مثل التي تحدث في غرف العمليات الحقيقية مع المرضى. وفي عام 2022، أجرى روبوت "ستار" (STAR) التابع لكريغر أول عملية جراحية مستقلة على حيوان حي، وكانت عبارة عن جراحة تنظيرية لخنزير، ولكن في ذلك الوقت احتاج الروبوت إلى أنسجة مميزة بعلامات خاصة وبيئة شديدة التنظيم وخطة جراحية صارمة، وقال كريغر في ذلك الوقت، إن الأمر أشبه بتعليم روبوت القيادة على طريق مرسوم بدقة، ولكن اليوم بعد تقدم الذكاء الاصطناعي وصناعة الروبوتات يقول كريغر: "إن تعليم الروبوت الجراحة أصبح أشبه بتعليمه القيادة في أي طريق، وتحت أي ظرف، مع القدرة على الاستجابة بذكاء لكل ما يواجهه". وأصبح الروبوت الجراحي الجديد "إس تي آر -إتش" قادرا على إجراء العمليات الجراحية بالتكيف الفوري مع شكل جسم كل مريض واتخاذ القرارات في الوقت الفعلي، بل وتصحيح أخطائه بنفسه إذا حدث شيء غير متوقع. يُذكر أن روبوت "إس تي آر -إتش" مبني باستخدام نفس تقنيات التعلم الآلي المستخدمة في "شات جي بي تي"، مما يجعله تفاعليا وقادرا على الاستجابة للأوامر الصوتية مثل "أمسك برأس المرارة" أو "حرك الذراع اليسرى قليلا إلى اليسار"، وبهذه الطريقة سيتعلم الروبوت من هذه التوجيهات. وقال المؤلف الرئيسي جي وونغ "براين" كيم، باحث سابق في جامعة جونز هوبكنز ويعمل الآن في جامعة ستانفورد: "هذا العمل يمثل قفزة كبيرة، لأنه يعالج أحد أكبر العقبات التي كانت تواجه استخدام الروبوتات الجراحية الذاتية في العالم الحقيقي"، وأضاف: "نُظهر من هذا المشروع أن الذكاء الاصطناعي يمكن أن يكون موثوقا بما يكفي ليُستخدم في العمليات الجراحية، وهو أمر كان يبدو بعيد المنال، لكنه اليوم أصبح ممكنا". وفي العام الماضي، درّب فريق كريغر الروبوت على أداء 3 مهمات جراحية أساسية، وهي التعامل مع الإبرة ورفع الأنسجة والخياطة، واستغرق تنفيذ كل مهمة منها بضع ثوانٍ فقط. كيف أجرى الروبوت عملية استئصال المرارة؟ تُعد عملية استئصال المرارة من الإجراءات المعقدة، إذ تتكون من سلسلة من 17 خطوة في غاية الدقة، وكل خطوة تستغرق عدة دقائق، وخلال العملية كان على الروبوت تحديد الشرايين وتمييز قناة المرارة والإمساك بها بدقة، ثم وضع مشابك في أماكن محددة، وقطع الأنسجة بالمقص. وقد تعلم الروبوت الجراحي "إس تي آر -إتش" أداء هذه المهمة بمشاهدة مقاطع فيديو جراحين في جامعة جونز هوبكنز وهم يجرون العملية على خنازير نافقة، مع إضافة شروحات نصية توضح خطوات كل مرحلة، وبعد مشاهدة الفيديوهات تمكن الروبوت من تنفيذ العملية بدقة 100%. ورغم أن الروبوت استغرق وقتا أطول من الجراح البشري، فإن النتائج كانت مماثلة لما قد يحققه جراح محترف، وعلّق الجراح جيف جوبلينغ من جونز هوبكنز: "كما يتعلم طلاب الجراحة كل جزء من العملية تدريجيا، يظهر هذا المشروع، أن الروبوتات الجراحية يمكن أن تتطور بنفس الطريقة-خطوة خطوة". وتمكّن الروبوت من إجراء العملية بنجاح حتى عندما واجه ظروفا غير متوقعة، مثل اختلاف شكل أو حجم الأنسجة من حالة لأخرى أو تغيير موقع البداية -وهو الموقع الذي يبدأ منه العملية- كما أضاف الباحثون صبغة تشبه الدم لتغيير شكل المرارة والأنسجة المحيطة بها، ومع ذلك استمر الروبوت في العمل بدقة وكفاءة دون أي أخطاء. وعلّق البروفيسور كريغر: "بالنسبة لي، تُظهر هذه التجربة أنه من الممكن إجراء عمليات جراحية معقدة بشكل مستقل، فهذا خير دليل على أن الروبوتات قادرة على التعلم من مشاهدة الفيديو (التعلم بالمحاكاة)، وهكذا تستطيع أتمتة أي إجراء معقد بثبات وموثوقية عالية". الخطوة القادمة لفريق البحث، هي تدريب هذا النظام على أنواع أخرى من العمليات الجراحية، وتطوير قدراته حتى يتمكن من إجراء عملية كاملة ذاتياً دون تدخل بشري.
الجزيرة
منذ 3 ساعات
- الجزيرة
جيمس ويب يرصد تفاصيل جديدة مدهشة في الغلاف الجوي لبلوتو
في 19 يناير/كانون الثاني 2006، انطلق مسبار "نيو هورايزونز" التابع لإدارة الطيران والفضاء الأميركية (ناسا)، صوب أطراف المجموعة الشمسية، وكان من مهامه الوصول إلى بلوتو، وحدث ذلك بالفعل في عام 2015. وتمكن المسبار، بسبب قرب المسافة والأدوات الدقيقة على متنه، من التقاط صور ممتازة للكوكب الذي يوصف بالقزم والغامض، وبثها إلى المحطات الأرضية، كي يدرسها العلماء. وكشفت الصور الملتقطة بواسطة مسبار "نيو هورايزونز"، تفاصيل عن كوكب بلوتو لم يرها أحد من قبل عبر تاريخ الرحلات الفضائية، حيث أظهرت أن الغلاف الجوي لبلوتو نشط، وربما يكون مختلفا تماما عن أي غلاف جوي آخر في النظام الشمسي. وأرصاد نيو هورايزونز أكدتها الأرصاد الجديدة التي أجريت باستخدام تلسكوب جيمس ويب في عامي 2022 و2023، وذلك وفقا للدراسة التي نُشرت مؤخرا في دورية "نيتشر أسترونومي"، لفريق دولي من العلماء بقيادة جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز. وإلى جانب ذلك، فقد أضافت لها تفاصيل دقيقة عن طبيعة الغلاف الجوي لهذا الجرم البعيد جدا، طرحت الكثير من الأسئلة الجديدة المثيرة للاهتمام، بحسب العالم الفلكي شي تشانغ أستاذ علوم الأرض والكواكب بجامعة كاليفورنيا سانتا كروز والمؤلف الرئيسي للدراسة، في تصريحات خاصة للجزيرة نت. الكشف عن الغلاف الجوي لبلوتو وبحسب البيان الرسمي الصادر من جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز، فقد كشفت أولى عمليات الرصد لكوكب بلوتو بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا عن ظواهر دراماتيكية على سطحه، مثل دورات موسمية لإعادة توزيع الجليد المتطاير، وسحب المواد من غلافه الجوي إلى قمره الرئيسي، شارون، وهو تفاعل غريب لا يحدث في أي مكان آخر في نظامنا الشمسي. وبشأن الغلاف الجوي المتميز لكوكب بلوتو، يقول تشانغ إن "غلاف بلوتو الجوي رقيق للغاية وبارد، وينشأ أساسا عن تسامي وتكثف الجليد السطحي (خاصة النيتروجين، وثاني أكسيد الكربون، والميثان)". ويضيف "ميزته الفريدة هي ضباب الهيدروكربون الذي يُبرّد الغلاف الجوي بنشاط، على عكس الضباب على العديد من الأجسام الأخرى، والذي يُمكن أن يُؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته، كما أنه يخضع لتغيرات ضغط هائلة بسبب مداره الطويل والشاذ". من ناحية أخرى، قال شانغ للجزيرة نت إن "غلاف بلوتو الجوي ديناميكي بشكل مُفاجئ، مدفوع بشكل أساسي بأشعة الشمس، مما يُؤدي إلى تحول الجليد السطحي مثل النيتروجين والميثان إلى غازات". ويضيف شانغ: "ولكن هناك بعض الأسئلة والمُثيرة للاهتمام، والتي لا تزال تطرح حول الغلاف الجوي لبلوتو، وأبرزها، ما إذا كان غلاف بلوتو الجوي سينهار مع ابتعاده عن الشمس، ومثل هذا السؤال ناتج عن إغفال الدراسات السابقة لتأثير الضباب ووضعه في عين الاعتبار". ويوضح: "ولكن الآن، وبعد أن علمنا أن الضباب يتحكم في الطاقة الإشعاعية في الغلاف الجوي لبلوتو، بالتالي ينبغي أخذه في الاعتبار عند حساب انهيار الغلاف الجوي في الدراسات المستقبلية. كما أن توزع طبقات الضباب على بلوتو يشير إلى ديناميكيات الغلاف الجوي، ربما المرتبطة بالموجات، ولكن الآلية الكامنة وراء ذلك لم تُدرس بدقة". جزيئات الضباب تهيمن على غلاف بلوتو بحسب بيان جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز، فقد كشف تحليق مسبار نيو هورايزونز، بالقرب من بلوتو عام 2015 عن عالم ذي مناظر طبيعية خلابة، يتميز بتضاريس معقدة -أحواض وجبال ووديان- ونشاط جيولوجي مستمر مثل الأنهار الجليدية من النيتروجين والميثان، وغلاف جوي غني كيميائيا يحتوي على مركبات متطايرة مثل النيتروجين والميثان وأول أكسيد الكربون، والتي تشكل الغلاف الجوي الضبابي لبلوتو من تفاعل كيميائي ضوئي مقترن بين الميثان والنيتروجين، على غرار الضباب المحيط بقمر زحل تيتان. وقد استُلهمت هذه الملاحظات من فكرة اقترحها تشانغ في ورقة بحثية نشرها عام 2017، افترضت أن غلاف بلوتو الجوي تهيمن عليه جزيئات الضباب، مما يجعله مختلفا تماما عن الأغلفة الجوية الأخرى في النظام الشمسي. وافترض تشانغ أن جزيئات الضباب هذه تسخن وتبرد، مُتحكمة في توازن الطاقة في غلاف بلوتو الجوي. وبشأن توازن طاقة غلاف بلوتو الجوي أثناء ارتفاع درجة حرارته وبرودته، يقول تشانغ في تصريحاته للجزيرة نت: "تمتص جزيئات الضباب الأشعة فوق البنفسجية الشمسية والضوء المرئي، مما يؤدي إلى تسخينها. ومع ذلك، فإنها تُعيد إشعاع هذه الطاقة بكفاءة أكبر عند أطوال موجية متوسطة تحت الحمراء، والتي تتسرب بعد ذلك إلى الفضاء. وتؤدي هذه العملية إلى تأثير تبريدي صافٍ على غلاف بلوتو الجوي". الغلاف الجوي المبكر للأرض ويوضح تشانغ في تصريحات صحفية إن دراسة بلوتو مثيرة جدا للاهتمام، خاصة أنها تقدم لمحة عن الغلاف الجوي المبكر للأرض، والذي كان يتكون بالكامل تقريبا من النيتروجين ومزيج من الهيدروكربونات، ومن خلال دراسة ضباب بلوتو وتركيبه الكيميائي، قد نتمكن من الحصول على رؤى جديدة حول الظروف التي جعلت الأرض في وقت مبكر صالحة للحياة". ويؤكد تشانغ ذلك في تصريحاته الخاصة للجزيرة نت قائلا: "قد تكون دراسة غلاف بلوتو الجوي الغني بالميثان ومنخفض الأكسجين، وتكوين الضباب العضوي فيه، مشابهة لظروف الأرض في بداياتها. " ويضيف تشانغ: "إن ضباب بلوتو وتأثيره المبرد يوفران رؤى حول كيفية تأثير مثل هذه الضباب على مناخ الأرض في وقت مبكر وتوافر الجزيئات العضوية قبل نشوء الحياة".
الجزيرة
منذ 6 ساعات
- الجزيرة
"النجوم القزمة المظلمة" هل تكون المفتاح لحل لغز الكون الأكبر؟
يعتقد العلماء أن نحو 25% من كتلة الكون تتكون من نوع من المادة لا يصدر عنها ضوء، مما يجعلها غير مرئية للعين المجردة أو للتلسكوبات، ولهذا السبب يطلق عليها اسم "المادة المظلمة". ويعرفون كيف تتصرف هذه المادة من حيث تأثيرها الجاذبي، لكنهم ما زالوا عاجزين عن معرفة طبيعتها الحقيقية، وقد طرحت على مدار نصف قرن مضى العديد من الفرضيات لتفسير المادة المظلمة، لكن لم يتم تأكيد أي منها بشكل قاطع من الناحية التجريبية. ومؤخرا، نشرت دراسة مشتركة بين علماء من الولايات المتحدة وبريطانيا في دورية "جورنال أوف كوزمولوجي آند آستروبارتيكل فيزيكس" تزعم أنها تقدم أداة ملموسة قد تساعد في كسر هذا الجمود، من خلال التعريف بفئة جديدة من الأجسام السماوية أطلقوا عليها اسم "الأقزام المظلمة". قزم من نوع خاص ولتفادي الالتباس، يجب التمييز بين هذه الفئة الجديدة و"الأقزام البنية" التي يعرفها العلماء منذ فترة، فالأخيرة أجسام سماوية تقع بين الكواكب والنجوم من حيث الكتلة والخصائص، وتُسمى أحيانا "نجوم فاشلة" لأنها لم تمتلك كتلة كافية لبدء عمليات الاندماج النووي كالنجوم الحقيقية. ولا تصدر "الأقزام البنية" ضوءا مرئيا قويا، لذا يصعب رصدها بالتلسكوبات العادية، لكنها تشع في نطاق الأشعة تحت الحمراء، ويمكن التقاطها باستخدام تلسكوبات متخصصة مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي. وتعتمد النظرية الجديدة -التي طورها الباحثون من جامعات هاواي بالولايات المتحدة، ودورهام وليفربول بالمملكة المتحدة- على أن "الأقزام البنية" قد تلعب دورا مهما في الأبحاث الحديثة الرامية إلى كشف ماهية المادة المظلمة، إذا ما تحولت إلى ما يسمى "قزم مظلم" نتيجة تراكم المادة المظلمة داخل نواتها. ما جسيمات "ويمبز"؟ ولتبسيط الفكرة، يمكن تشبيه "القزم البني" بشمعة صغيرة لا تملك وقودا كافيا للاشتعال، لكنها موجودة في جو مليء بجسيمات خفية (المادة المظلمة) حيث تبدأ هذه الجسيمات بالتجمع داخل الشمعة، مولدة حرارة خفية تجعلها تضيء من تلقاء نفسها، فتنتقل من حالة "القزم البني" إلى "القزم المظلم". وتسمى الجسيمات المرشحة لإحداث هذا التأثير "جسيمات ويمبز" وهي نظريا لم تُكتشف بعد، وتعد من أبرز المواد المرشحة لتكوين المادة المظلمة. وتتميز هذه الجسيمات بعدم إصدارها أي ضوء، وعدم تفاعلها مع القوى الكهرومغناطيسية، مما يجعلها غير مرئية للتلسكوبات، لكنها تملك كتلة تؤثر بالجاذبية. ويقول جيريمي ساكستين أستاذ الفيزياء في جامعة هاواي وأحد مؤلفي الدراسة في بيان رسمي نشر عبر منصة "يورك أليرت" إنه لكي توجد الأقزام المظلمة "يجب أن تتكون المادة المظلمة من جسيمات ويمبز، أو أي جسيمات ثقيلة أخرى تتفاعل بقوة مع بعضها لإنتاج طاقة مرئية. أما المواد المرشحة الأخرى للمادة المظلمة -مثل الأكسيونات والجسيمات فائقة الخفة أو النيوترينوات العقيمة- فهي خفيفة جدا ولا تستطيع إحداث التأثير المطلوب في هذه الأجسام، حسب ما ذكر ساكستين. ويضيف "فقط الجسيمات الضخمة هي القادرة على التفاعل الذاتي لإطلاق طاقة مرئية يمكنها تشغيل قزم مظلم". مؤشر فريد للتمييز مع ذلك، تبقى هذه الفرضية محدودة القيمة إن لم توجد طريقة ملموسة لتمييز "القزم المظلم" عن "الأقزام البنية" العادية. ولهذا اقترح ساكستين وزملاؤه مؤشرا فريدا للتمييز، وهو البحث عن عنصر الليثيوم-7. ويشرح ساكستين "في النجوم البنية العادية، يحترق الليثيوم-7 بسرعة ولا يبقى في النجم. لكن في القزم المظلم، الذي لا يضيء بواسطة الاندماج النووي، قد يبقى هذا العنصر لفترة أطول، وبالتالي فإن وجود الليثيوم-7 في جسم يشبه القزم البني سيكون دليلا مباشرا على وجود المادة المظلمة من نوع جسيمات ويمبز أو ما يشابهها". وبحسب هذا الأكاديمي وزملائه، فإن أدوات كتلسكوب جيمس ويب الفضائي قد تكون قادرة على رصد هذه الأجسام بمركز مجرتنا، من خلال الضوء الخافت الذي تصدره، أو عبر دراسة مجموعات كبيرة من النجوم ومحاولة اكتشاف خصائص غريبة تدل على وجود "الأقزام المظلمة".
