بعد ثورة كوبرنيكوس ونسبية أينشتاين وجد العلماء أنفسهم أمام مشهد جديد في مسيرة العلوم، إذ أن المادة "العادية" (التي تشكل كل شيء وتدخل في تركيبة البشر وجميع الكائنات الحية) ما هي إلا نسبة بسيطة من الكتلة الكلية للكون فهناك عنصر أخر يدخل في تركيبته، وهو عنصر غير معروف ولا يصدر عنه ضوء، وكانت هناك آثار يمكن تتبعها ولكن ليس هناك ما يمكن رؤيته.

وقبل أكثر من 60 سنة تنبه الفلكيون إلى أن النجوم في مجرة درب التبانة تدور حول مركز المجرة بسرعة أكبر مما تتوقعه النظريات والحسابات الفلكية، وبما أن سرعة النجوم تعتمد على الجاذبية الناتجة عن كتلة المجرة ككل، فقد توصل الفزيائيون إلى نتيجة تقول بوجود كمية مادة أكبر من المادة المرئية لنا.

تمت مراقبة نفس الأمر على مستويات أكبر, فالمجرات تدور حول مركز مجموعتها بسرعة أكبر من المتوقع. " قوانين الفيزياء تحدد وبدقة متناهية كم من المادة يجب أن يوجد حتى يتم التوازن بين تحركات الأجرام والمجرات، اكتشاف أن الكتلة الكلية للكون المرئي هي أدنى من الرقم الذي تم حسابه أمر محير، ".

فالمادة الغامضة لا تصدر ما يمكن من رصده حتى بواسطة أدوات رصد الأشعة الكهرومغناطيسية مثل أشعة غاما أو أشعة إكس أو الأشعة تحت الحمراء، فلا يمكن معرفة تكوينها لأنه لاتوجد أية طريقة تمكن من ذلك مع اختفائها الكامل عن كل أجهزة الرصد.

المادة المظلمة (Dark Matter)

هي أحد أنواع المواد التي افترض العلماء وجودها، والتي لا يمكن رؤيتها عبر التليسكوبات، لكن يتم الاستدلال على وجودها من خلال الآثار الجانبية التي تطرأ على المواد المرئية والإشعاعات وعلى بنية الكون الواسعة بشكل عام. كل هذه الآثار جعلت العلماء متيقنين من وجود هذه المادة في جميع أنحاء الفضاء.

كلمة "مظلمة" هنا تشير أساساً لجهلنا التام بماهية هذا المادة، إضافة إلى كون هذه المادة لا تتفاعل مع الضوء، حيث لا تمتص أو تصدر أي موجات كهرمغناطيسية يمكن رصدها. و الأمر نفسه ينطبق على الطاقة المظلمة.

مؤشرات اكتشافها

من الصعب اكتشاف جسيمات المادة المظلمة مباشرةً حيث أن تأثرها وتفاعلها مع المادة العادية ضعيف جداً كما لو كان ليس لها وجود -مليارات من تلك الجسيمات تمر خلال جسمك وأنت تقرأ هذا ولا تشعر بها- ولكن يمكن قياس نواتجها.

فعند اصطدام جسيمان من المادة المظلمة ينتج عنه جسيمان معروفان, الإلكترون و نقيض الإلكترون المسمى بوزيترون.

في العام 2013 زُود علماء محطة الفضاء الدولية بمطياف خاص يقيس البوزيترونات, سجل مطياف البوزوترونات خلال سنتين نحو 400.000 بوزيتروناً يُعتقد أنها ناشئة عن اصطدامات جسيمات المادة المظلمة. ويأمل العلماء التأكد من ذلك بحيث لا تكون تلك البوزيترونات ناشئة عن مصدر آخر لا يعرفونه الآن.

هذا الرقم يتماشى مع تقديرات العلماء عن احتمال تصادم جسيمات المادة المظلمة بعضها البعض, لكن لا بد من التأكد أن البوزيترونات ليست من مصدر آخر, لهذا سيتواصل عمل المطياف في الفضاء لزيادة المعلومات والتأكد من مصدر البوزيترونات.

وقد تم اكتشاف أدلة أكثر قوة على وجود هذه المادة من خلال منحنيات دوران المجرة (تمثل رسوم بيانية بين مقدار سرعة مدارات النجوم وبين المسافة القطرية بين النجم ومركز المجرة) وذلك عام 1939، لكنها لم تنسب للمادة المظلمة في ذلك الوقت. وفي فترة الستينات والسبعينات من القرن الماضي تم ربط هذه المنحنيات بوجود المادة المظلمة. بعد ذلك ظهر الكثير من الأدلة على وجود هذه المادة مثل توزيع درجات حرارة الغازات الحارة في المجرات والتجمعات الكونية.

المادة المظلمة والطاقة المظلمة

على الرغم من أن المادة المظلمة تشكل الجزء الأكبر من مادة الكون، فهي تشكل فقط ربع تركيب الكون. الكون يحتوي بشكل أساسي على الطاقة المظلمة.
بعد الانفجار العظيم (Big Bang)، بدأ الكون بالتوسع. اعتقد العلماء أن طاقة التوسع ستنفذ في النهاية، ليتباطأ التوسع و تقوم الجاذبية بسحب جميع الأجسام في الكون للداخل. لكن الدراسات المتعلقة بالمستعرات العظمى (Supernova) البعيدة أظهرت أن الكون يتوسع اليوم بشكل أسرع من السابق، وليس أبطأ، مما يشير إلى أن التوسع يتسارع.

هذا ممكن فقط إذا كان الكون يمتلك طاقة كامنة ليتغلب على الجاذبية، تلك الطاقة هي الطاقة المظلمة (Dark Energy) وهي أحد أشكال الطاقة الغير معروفة.

بعض العلماء قال عن هذه الطاقة إنها طاقة الفراغ ذاته, وأنها تملك ضغطاً سالباً. وطبقاً للنظرية النسبية العامة لأينشتاين فإن الضغط السالب يمثل قوة معاكسة لقوة الجاذبية في المقاييس الكبيرة, وتمثل هذه النظرية تفسيراً مقبولاً أيضاً للمادة المفقودة في الكون.

التوزيع المقترح للمادة والطاقة في الكون

التوزيع في الفترة الحالية :

التوزيع عند نشأة الكون قبل 13.7 مليار عام :

فيديو توضيحي