لآلاف السنين ، كان البشر مفتونين بأسرار الكون. من الحضارات القديمة مثل البابليين والإغريق والمصريين إلى علماء الفلك المعاصرين ، ألهم جاذبية السماء المرصعة بالنجوم أسئلة لا حصر لها من أجل كشف أسرار الكون.
توج البحث الذي أجراه تعاون Atacama Cosmology Telescope في خريطة جديدة ورائدة للمادة المظلمة موزعة على ربع السماء بأكملها ، ووصلت إلى أعماق الكون. تقدم النتائج مزيدًا من الدعم لنظرية النسبية العامة لأينشتاين ، والتي كانت أساس النموذج القياسي لعلم الكونيات لأكثر من قرن ، وتقدم طرقًا جديدة لإزالة الغموض عن المادة المظلمة. رصيد الصورة: مؤسسة Lucy Reading-Ikkanda / Simons
على الرغم من أن النماذج التي تشرح الكون كانت موجودة منذ قرون ، إلا أن مجال علم الكونيات ، الذي يستخدم فيه العلماء الأساليب الكمية لاكتساب رؤى حول تطور الكون وبنيته ، هو مجال حديث نسبيًا. تأسس تأسيسها في أوائل القرن العشرين مع تطور نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين ، والتي تعمل الآن كأساس للنموذج القياسي لعلم الكونيات.
الآن ، قدمت مجموعة من الأوراق إلى مجلة الفيزياء الفلكية من قبل الباحثين من تلسكوب أتاكاما لعلم الكونيات كشف تعاون (ACT) عن صورة جديدة رائدة تُظهر الخريطة الأكثر تفصيلاً للمادة الموزعة عبر ربع السماء بأكملها ، وصولاً إلى أعماق الكون. إنه يؤكد نظرية أينشتاين حول كيفية نمو الهياكل الضخمة وانحناء الضوء ، مع اختبار يمتد عبر عمر الكون بأكمله.
يقول: "لقد صنعنا خريطة جماعية جديدة باستخدام تشوهات الضوء المتبقي من الانفجار العظيم" ماثيو مادهافاشيريل، مؤلف رئيسي لإحدى الأوراق وأستاذ مساعد في قسم الفيزياء والفلك at جامعة بنسلفانيا. "من اللافت للنظر أنه يوفر قياسات تُظهر أن كلاً من" تكتل "الكون ومعدل نموه بعد 14 مليار سنة من التطور هما فقط ما تتوقعه من نموذجنا القياسي لعلم الكونيات المستند إلى نظرية أينشتاين في الجاذبية . "
لاحظ المؤلفون أن جودة التكتل تُعزى إلى التوزيع غير المتكافئ للمادة المظلمة في جميع أنحاء الكون وأن نموها ظل متسقًا مع التوقعات السابقة. وعلى الرغم من أنها تشكل 85٪ من الكون وتؤثر على تطوره ، إلا أنه كان من الصعب اكتشاف المادة المظلمة لأنها لا تتفاعل مع الضوء أو غيره من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي. بقدر ما نعلم أن المادة المظلمة تتفاعل مع الجاذبية فقط.
بتمويل من مؤسسة العلوم الوطنية ، تم بناء ACT من قبل جامعة بن وجامعة برينستون وبدأت الملاحظات لتعقب المادة المظلمة المراوغة في عام 2007. أكثر من 160 متعاونًا قاموا ببناء وجمع البيانات من ACT ، التي تقع في أعالي تشيلي الأنديز ، راقب الضوء المنبعث بعد فجر تشكل الكون ، الانفجار العظيم - عندما كان عمر الكون 380,000 ألف سنة فقط. غالبًا ما يشير علماء الكونيات إلى هذا الضوء المنتشر الذي يملأ كوننا بأكمله على أنه "صورة الطفل للكون" ، ولكنه يُعرف رسميًا باسم إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف (CMB).
يتتبع الفريق كيف يتسبب سحب الجاذبية للهياكل الكبيرة والثقيلة بما في ذلك المادة المظلمة في تشويه إشعاع الخلفية الكونية في رحلته التي استمرت 14 مليار عام إلينا ، مثل كيف تنحني العدسة المكبرة الضوء أثناء مروره عبر عدستها.
"عندما اقترحنا هذه التجربة في عام 2003 ، لم تكن لدينا أي فكرة عن النطاق الكامل للمعلومات التي يمكن استخلاصها من تلسكوبنا" ، كما يقول مارك ديفلين، أستاذ ريس فلاور لعلم الفلك في بنسلفانيا ونائب مدير ACT. "نحن مدينون بهذا لذكاء المنظرين ، والعديد من الأشخاص الذين صنعوا أدوات جديدة لجعل تلسكوبنا أكثر حساسية وتقنيات التحليل الجديدة التي توصل إليها فريقنا مع."
باحثو بن جاري برنشتاين و بوفنيش جاين قاد بحثًا يرسم خرائط المادة المظلمة باستخدام الضوء المرئي المنبعث من المجرات القريبة نسبيًا على عكس الضوء من CMB. يقول جين: "من المثير للاهتمام أننا وجدنا أن المادة أقل تكتلًا قليلاً مما تتنبأ به أبسط نظرية" ، "ومع ذلك ، فإن عمل مارك وماثيو الجميل في CMB يتفق تمامًا مع النظرية".
رصيد الصورة: مؤسسة Lucy Reading-Ikkanda / Simons
يقول بيرنشتاين: "خرائط المادة المظلمة ACT المذهلة تضيق بشدة الأوقات والأماكن التي يمكن أن تسوء فيها أبسط نظرية". "أحد التكهنات هو أن سمة جديدة للجاذبية أو الطاقة المظلمة تظهر فقط في المليارات القليلة الماضية ، بعد العصر الذي يقيسه ACT."
تم إيقاف تشغيل ACT ، التي تعمل لمدة 15 عامًا ، في سبتمبر 2022. ومع ذلك ، من المتوقع تقديم المزيد من الأوراق التي تقدم نتائج من المجموعة النهائية من الملاحظات قريبًا ، مرصد سيمونز ستجري عمليات رصد مستقبلية في نفس الموقع ، مع تلسكوب جديد من المقرر أن يبدأ عملياته في عام 2024. ستكون هذه الأداة الجديدة قادرة على رسم خرائط للسماء أسرع بعشر مرات تقريبًا من ACT.
المصدر جامعة بنسلفانيا
