Late-time Background Constraints on Linear and Non-linear Interacting Dark Energy after DESI DR2

تخيل الكون كبالون عملاق يتمدد. لعقود من الزمن، حاول العلماء معرفة ما بداخله وكيف يتضخم. نحن نعلم أن هناك أشياء عادية مثل النجوم والكواكب، ولكن هناك أيضًا "قطاعًا مظلمًا" غامضًا يشكل معظم الكون. هذا القطاع لديه شخصيتان رئيسيتان: المادة المظلمة، التي تعمل مثل غراء غير مرئي يربط المجرات ببعضها البعض، والطاقة المظلمة، وهي قوة غريبة تدفع الكون بعيدًا عن بعضه بسرعة متزايدة. القصة القياسية، المسماة نموذج "لامدا للمادة المظلمة الباردة"، تقول إن هاتين الشخصيتين لا تتحدثان أبدًا، بل يمارس كل منهما شأنه الخاص بينما يتمدد الكون. لكن مؤخرًا، بدأت القياسات لسرعة تمدد الكون في عدم الاتفاق مع هذه القصة البسيطة، مما خلق نوعًا من الصداع الكوني. يتساءل العلماء: ربما المادة المظلمة والطاقة المظلمة ليستا غريبتين بعد كل شيء. ربما يهمسان بالأسرار لبعضهما البعض، ويتبادلان الطاقة ذهابًا وإيابًا، مما سيغير قواعد اللعبة تمامًا.

هذه الورقة البحثية تشبه قصة بوليسية حيث يأخذ المؤلفون عدسة مكبرة لفحص ثمانية نظريات مختلفة حول كيفية محادثة هاتين الشخصيتين المظلمتين. لقد استخدموا أحدث البيانات فائقة الدقة من مسح مجري ضخم يسمى DESI (تحديدًا الإصدار الثاني من البيانات، أو DR2)، إلى جانب أدلة كونية أخرى مثل النجوم المنفجرة وهالة ما بعد الانفجار العظيم، لمعرفة أي نظرية تناسب البيانات بشكل أفضل. اختبر الباحثون مزيجًا من النظريات "الخطية" (حيث يكون تبادل الطاقة علاقة بسيطة ومستقيمة) والنظريات "غير الخطية" (حيث يصبح التبادل معقدًا، مثل وصفة بمكونات مختلطة).

إليكم ما وجدوه: عندما قارنوا هذه النظريات الثماني الجديدة بالنموذج القياسي الذي يفترض "عدم وجود حديث" بينهما، وجدت معظم النظريات الجديدة ملاءمة أفضل للبيانات. الأمر كما لو أن النموذج القياسي هو غيتار خارج النغمة قليلاً، وهذه النماذج المتفاعلة هي التي تعزف النغمات الصحيحة. ومع ذلك، هناك تفصيل دقيق: بينما أظهرت معظم النماذج تحسنًا واضحًا، فإن نموذجًا محددًا (حيث يتدفق الطاقة فقط بناءً على كثافة الطاقة المظلمة) فقد تفضيله الإحصائي عند دمج جميع البيانات. وتحديدًا، يبدو أن البيانات تفضل سيناريو يتغير فيه اتجاه تدفق الطاقة بمرور الوقت لنماذج معينة. تخيل لعبة "التقاط الكرة"، حيث في الماضي البعيد، رمت المادة المظلمة طاقة إلى الطاقة المظلم، ولكن مع تقدم عمر الكون، تبادلا الأدوار، وبدأت الطاقة المظلمة في رمي الطاقة عائدة إلى المادة المظلمة. هذا السلوك "المتغير للإشارة" قدم أفضل مطابقة إحصائية للملاحظات لتلك الحالات المحددة، بينما فضلت النماذج الأخرى ببساطة تدفقًا أحادي الاتجاه من المادة المظلمة إلى الطاقة المظلمة.

ومع ذلك، هناك عقبة، وهي عقبة كبيرة. فلكي تعمل هذه النظريات مع البيانات، غالبًا ما تتنبأ الرياضيات في الماضي البعيد بأن الطاقة المظلمة كانت تمتلك كمية "سالبة" من الطاقة. فكر في الأمر كحساب بنكي دخل في المنطقة الحمراء بعمق لدرجة أنه أصبح رقمًا سالبًا. وبينما تسمح الرياضيات بذلك، إلا أنه يبدو أمرًا غريبًا من الناحية الفيزيائية وقد يكون علامة على أن النظرية تنهار أو تُدفع إلى أقصى حدودها. وجد المؤلفون أيضًا أنه في معظم هذه النماذج (تحديدًا سبعة من أصل ثمانية)، يبدو أن "شخصية" الطاقة المظلم (معادلة حالتها) تعبر "حد الفانتوم" السحري، وتتغير من نوع من السلوك إلى نوع آخر مع تقدم عمر الكون.

تخلص الورقة إلى أنه بينما تعد هذه النماذج المتفاعلة واعدة للغاية وتتناسب مع البيانات الجديدة بشكل أفضل من النموذج القديم، إلا أنها تأتي مع بعض الأعباء الثقيلة. فهي تحل لغز سرعة تمدد الكون، لكنها تقدم لغز الطاقة السالبة. يقترح المؤلفون أنه بينما تعد هذه النماذج خطوة جيدة للأمام، فإننا بحاجة إلى النظر بعمق أكبر — رب خبراء دراسة كيفية تأثير هذه التفاعلات عبر الفضاء (الاضطرابات) واستخدام بيانات أقدم من الكون المبكر — لنرى ما إذا كان بإمكاننا العثور على نسخة من هذه القصة لا تتطلب طاقة سالبة لتعمل. في الوقت الحالي، يبدو أن الكون يلمح إلى أن المادة المظلمة والطاقة المظلمة مرتبطان بالفعل، لكن الطبيعة الدقيقة لعلاقتهما تظل لغزًا مثيرًا لم يُحل بعد.