Galactic microlensing by Lobo-Parsaei-Riazi phantom wormhole: Paczynski light curves and probabilistic features

في الأحياء الشاسعة والمظلمة بين النجوم، لطالًا ما اشتبه علماء الفلك في أن أجسامًا غير مرئية قد تكون تائهة عبر المجرة. بعض هذه الأجسام تُعرف بالثقوب السوداء، وهي البقايا المنهارة للنجوم الميتة التي تحبس الضوء داخل قبضتها. أما غيرها فهي كيانات نظرية غريبة تُسمى الثقوب الدودية، والتي تشبه الأنفاق في نسيج الفضاء التي يمكن أن تربط بين مناطق بعيدة من الكون. وبينما تعد الثقوب السوداء جزءًا مؤكدًا من مخزوننا الكوني، تظل الثقوب الدودية مجرد فرضية، حلاً لمعادلات الجاذبية لم يتم رصده مباشرة قط. ويكمن التحدي الذي يواجه العلماء في أن كلاً من الثقب السوداء والثقوب الدودية يمكنهما ثني ضوء النجوم الخلفية بطرق متشابهة، مما يجعلهما يبدوان متطابقين تقريبًا عند مرورهما أمام نجم بعيد. هذه الظاهرة، المعروفة باسم العدسة الجاذبية المجهرية (microlensing)، تعمل بمثابة مكبر كوني، حيث تزيد من سطوع النجم مؤقتًا عندما يمر جسم غير مرئي بينه وبين الأرض. والسؤال الذي حير الباحثين هو ما إذا كانت التفاصيل الدقيقة لهذا السطوع يمكن أن تكشف عن الطبيعة الحقيقية للعدسة غير المرئية، لتمييز الثقب الدودي عن الثقب الأسود.

لقد أخذ فريق من الباحثين نظرة جديدة على هذه المشكلة من خلال التركيز على نوع محدد من الثقوب الدودية النظرية يُعرف بنموذج "لوبو-بارسائي-رضائي" (Lobo-Parsaei-Riazi). هذه الأجسام مدعومة بنوع غريب من المادة يُسمى المادة الوهمية (phantom matter)، والتي يُعتقد أنها المسؤولة عن التوسع المتسارع للكون. وخلافًا للمادة العادية، تمتلك هذه المادة الوهمية خصائص غير عادية تسمح للثقب الدودي بالبقاء مفتوحًا دون الانهيار. وقد سعى الباحثون لحساب كيفية ثني مثل هذا الثقب الدودي للضوء بدقة أثناء تحركه عبر السماء، وتحديدًا في السيناريوهات التي يتواجد فيها الثقب الدودي في مجرتنا ويقوم بعمل عدسة لنجوم في الانتفاخ المركزي الكثيف لدرب التبانة أو في سحابة ماجلان الكبرى، وهي مجرة مجاورة. ولم يكتفوا بالنظر في الحالة الأبسط فحسب؛ بل أجروا حسابًا دقيقًا للغاية لمسار الضوء، مع مراعاة التصحيحات الدقيقة التي تصبح مهمة عندما يمر الضوء بالقرب جدًا من الثقب الدودي.

تكشف الدراسة عن تميز واضح بين الثقوب الدودية ذات الكتلة وتلك التي لا تملك كتلة. فبالنسبة للثقوب الدودية الضخمة، وهي التركيز الأساسي لهذا العمل، تبدو منحنيات الضوء — وهي الرسوم البيانية التي توضح كيف يتغير سطوع النجم بمرور الوقت — مشابهة بشكل ملحوظ لتلك التي تنتجها الثقبة السوداء. فعندما يمر الثقب الدودي أمام نجم، يزداد سطوع النجم ليصل إلى ذروته ثم يتلاشى في منحنى متماثل وسلس. وتوجد هذه التشابهات لأن هذه الأجسام الضخمة، الطريقة الرئيسية التي تثني بها الضوء تتناسب عكسيًا مع المسافة، وهو سلوك تشترك فيه مع الثقوب السوداء. ومع ذلك، وجد الباحثون أن الشكل المحدد لحنجرة الثقب الدودي وخصائص المادة الوهمية بداخله يتركان بصمة خافتة. ومن خلال تحليل التوقيت الدقيق والارتفاع الدقيق لذروة السطوع، من الممكن نظريًا التمييز بين الثقب الدودي الضخم والثقب الأسود، رغم أن الفرق دقيق ويتطلب قياسات دقيقة للغاية.

ويتغير الوضع بشكل جذري إذا كان الثقب الدودي بلا كتلة. ففي سيناريو انعدام الكتلة هذا، يكون سلوك الضوء مختلفًا جوهريًا. فبدلًا من ذروة سطوع واحدة سلسة، يطور منحنى الضوء انخفاضًا أو فجوة عند لحظة الاقتراب الأقصى. قد يزداد سطوع النجم، ثم يخفت لفترة وجيزة إلى ما دون سطوعه الطبيعي، ثم يزداد سطوعًا مرة أخرى. هذه "الخندق" في منحنى الضوء هي علامة فريدة لا تظهر في العدسة الناتجة عن الثقوب السوداء أو الثقوب الدودية الضخمة. وقد حسب الباحثون أنه بالنسبة لثقب دودي عديم الكتلة، فإن هذا الانخفاض سيحدث خلال فترة قصيرة جدًا، حيث يستمر لجزء من اليوم فقط، بينما تتضمن الحالة الضخمة حدثًا أطول بكثير. يوفر هذا الملمح المتميز طريقة محتملة لتحديد الثقب الدودي عديم الكتلة إذا تم رصده يومًا ما، حيث لن ينتج أي ثقب أسود مثل هذا الانخفاض أبدًا.

وبعيدًا عن شكل منحنى الضوء، قدر الفريق أيضًا مدى تكرار حدوث هذه الأحداث ومدى احتمالية رؤيتها. لقد افترضوا أن هذه الثقوب الدودية مرتبطة بمجرتنا، وتنجرف في هالة المادة المظلمة التي تحيط بنا. وباستخدام نموذج مبسط، حسبوا احتمالية مرور ثقب دودي أمام نجم خلفي ومعدل حدوث مثل هذه الأحداث. وتظهر النتائج أنه على الرغم من أن هذه الأحداث نادرة، إلا أنها ليست مستحيلة الكشف باستخدام المسوحات الحالية أو المستقبلية. وتعتمد احتمالية رؤية حدث ما بشكل كبير على حجم حنجرة الثقب الدودي والخصائص المحددة للمادة الوهمية. وبالنسبة للثقوب الدودية الأكبر، تزدัง فرصة الكشف، لكن الأحداث تظل عابرة. وأكد الباحثون أن هذه الأرقام هي أرقام توضيحية، تهدف إلى إظهار كيف يتناسب الاحتمال مع حجم ونوع الثقب الدودي، وليس تنبؤًا نهائيًا بعدد ما سيتم العثـور عليه.

يؤكد هذا العمل أنه بينما يمكن للثقوب الدودية والثقوب السوداء أن يحاكيا بعضهما البعض، إلا أنهما ليسا توأمين متطابقين. فالثقوب الدودية الضخمة التي تمت دراستها هنا تتصرف بشكل مشابه للثقوب السوداء في طريقة زيادة سطوع النجوم، لكن النسخ عديمة الكتلة تقدم توقيعًا مختلفًا تمامًا بفضل انخفاضات السطوع المميزة لها. لا تدعي الدراسة أنها وجدت ثقبًا دوديًا، ولا تثبت وجودها. بدلاً من ذلك، فهي تقدم خريطة مفصلة لما يجب البحث عنه. فإذا رصد علماء الفلك يومًا ما حدث عدسة مجهرية يظهر انخفاضًا في السطوع أو منحنى ضوء يطابق التنبؤات المحددة لهذه الثقوب الدودية الوهمية، فقد يكون ذلك أول دليل رصدي على هذه الأنفاق الغريبة في الفضاء. وحتى ذلك الحين، يستمر البحث، مسترشداً بهذه المخططات النظرية التي تخبرنا بالضبط كيف قد يكشف الكون عن أكثر أسراره خفاءً.