كانت المادة المظلمة نوعًا من الغموض منذ أن تم اقتراحها لأول مرة. بالإضافة إلى محاولة العثور على بعض الأدلة المباشرة على وجودها ، أمضى العلماء أيضًا العقود القليلة الماضية في تطوير نماذج نظرية لشرح كيفية عملها. في السنوات الأخيرة ، كان المفهوم الشائع هو أن المادة المظلمة 'باردة' ، وموزعة في كتل في جميع أنحاء الكون ، وهي ملاحظة يدعمها مهمة بلانك البيانات.
ومع ذلك ، فإن دراسة جديدة أنتجها فريق دولي من الباحثين ترسم صورة مختلفة. استخدام البيانات من مسح درجة الكيلو (كيدز) ، درس هؤلاء الباحثون كيف تأثر الضوء القادم من ملايين المجرات البعيدة بتأثير الجاذبية للمادة على أكبر المقاييس. ما وجدوه هو أن المادة المظلمة تبدو موزعة بسلاسة أكبر في جميع أنحاء الفضاء مما كان يعتقد سابقًا.
على مدى السنوات الخمس الماضية ، كان مسح KiDS يستخدم تلسكوب المسح VLT (VST) - أكبر تلسكوب في ESO's مرصد لا سيلا بارانال في تشيلي - لمسح 1500 درجة مربعة من سماء الليل الجنوبية. تم رصد هذا الحجم من الفضاء في أربعة نطاقات (الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء والأخضر والأحمر) باستخدام عدسات جاذبية ضعيفة وقياسات الانزياح الأحمر الضوئي.
بيانات مسح السماء بالكامل من تلسكوب بلانك الفضائي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية. الائتمان: ESA
بما يتفق مع أينشتاين نظرية النسبية العامة ، عدسات الجاذبية تتضمن دراسة كيف ينحني مجال الجاذبية لجسم ضخم للضوء. في غضون ذلك ، يحاول الانزياح الأحمر قياس السرعة التي تتحرك بها المجرات الأخرى بعيدًا عن مجراتنا عن طريق قياس مدى إزاحة ضوءها نحو النهاية الحمراء للطيف (أي يصبح طول الموجة أطول كلما ابتعد المصدر بشكل أسرع).
تعد عدسة الجاذبية مفيدة بشكل خاص عندما يتعلق الأمر بتحديد كيفية ظهور الكون. نموذجنا الكوني الحالي ، المعروف باسم مادة لامدا الباردة المظلمة نموذج (Lambda CDM) ، ينص على أن الطاقة المظلمة هي المسؤولة عن التسارع المتأخر في تمدد الكون ، وأن المادة المظلمة تتكون من جسيمات ضخمة مسؤولة عن تكوين البنية الكونية.
باستخدام اختلاف طفيف في هذه التقنية المعروفة باسم الكونية الهائلة ، درس فريق البحث الضوء من المجرات البعيدة لتحديد كيفية تشوهه من خلال وجود أكبر الهياكل في الكون (مثل العناقيد العملاقة والخيوط). كما الدكتور هندريك هيلدبراندت - عالم فلك من معهد أرجلاندر لعلم الفلك (AIfA) والمؤلف الرئيسي للورقة - أخبر Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
عادة ما يفكر المرء في كتلة واحدة كبيرة مثل مجموعة المجرات التي تسبب انحراف الضوء هذا. ولكن هناك أيضًا مادة في جميع أنحاء الكون. ينحرف الضوء القادم من المجرات البعيدة باستمرار عن طريق ما يسمى بالبنية واسعة النطاق. ينتج عن هذا أن المجرات القريبة من السماء 'تشير' في نفس الاتجاه. إنه تأثير ضئيل ولكن يمكن قياسه بالطرق الإحصائية من عينات كبيرة من المجرات. عندما قمنا بقياس مدى قوة 'توجيه' المجرات في نفس الاتجاه يمكننا أن نستنتج من هذا الخصائص الإحصائية للبنية واسعة النطاق ، على سبيل المثال متوسط كثافة المادة ومدى قوة تكتل / تكتل المادة '.
ظاهرة نادرة تعرف باسم 'العفاريت' شوهدت فوق مرصد لا سيلا في تشيلي ، Credit: ESO / Petr Horálek
باستخدام هذه التقنية ، أجرى فريق البحث تحليلًا لـ 450 درجة مربعة من بيانات KiDS ، والتي تتوافق مع حوالي 1 ٪ من السماء بأكملها. ضمن هذا الحجم من الفضاء ، لوحظ كيف تفاعل الضوء القادم من حوالي 15 مليون مجرة مع كل المادة التي تقع بينها وبين الأرض.
من خلال الجمع بين الصور الحادة للغاية التي حصلت عليها VST مع برامج الكمبيوتر المتقدمة ، تمكن الفريق من إجراء أحد أكثر القياسات دقة على الإطلاق للقص الكوني. ومن المثير للاهتمام ، أن النتائج لم تكن متسقة مع تلك التي أنتجتها مهمة Planck التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ، والتي كانت أكثر رسام خرائط الكون شمولاً حتى الآن.
قدمت مهمة بلانك بعض المعلومات الرائعة المفصلة والدقيقة حول الخلفية الكونية الميكروية (CMB). ساعد هذا علماء الفلك على رسم خريطة للكون المبكر ، وكذلك تطوير نظريات حول كيفية توزيع المادة خلال هذه الفترة. كما أوضح هيلدبراندت:
'يقيس بلانك العديد من المتغيرات الكونية بدقة متناهية من تقلبات درجات الحرارة لخلفية الميكروويف الكونية ، أي العمليات الفيزيائية التي حدثت بعد 400000 سنة من الانفجار العظيم. اثنان من هذه المعلمات هما متوسط كثافة المادة في الكون وقياس مدى قوة تكتل هذه المادة. باستخدام القص الكوني ، نقيس أيضًا هاتين المعلمتين ولكن في أوقات لاحقة بكثير (قبل بضعة مليارات من السنين أو حوالي 10 مليارات سنة بعد الانفجار العظيم) ، أي في ماضينا القريب '.
يفترض نموذج LCDM الكوني وجود المادة المظلمة والطاقة المظلمة ، وكلاهما لعب دورًا نشطًا في تكوين الكون. الائتمان: ويكيبيديا كومنز / أليكس ميتلمان
ومع ذلك ، وجد هيلدبراندت وفريقه قيمًا لهذه المعلمات كانت أقل بكثير من تلك التي وجدها بلانك. بشكل أساسي ، تشير نتائج القص الكوني إلى أن هناك مادة أقل في الكون وأنه أقل تكتلًا مما تنبأت به نتائج بلانك. من المحتمل أن يكون لهذه النتائج تأثير على الدراسات الكونية والفيزياء النظرية في السنوات القادمة.
كما هو الحال ، تظل Dark Matter غير قابلة للكشف باستخدام الطرق القياسية. مثل الثقوب السوداء ، لا يمكن الاستدلال على وجودها إلا من خلال تأثيرات الجاذبية المرئية على المادة المرئية. في هذه الحالة ، يُقاس وجوده وطبيعته الأساسية من خلال كيفية تأثيره على تطور الكون على مدار الـ 13.8 مليار سنة الماضية. ولكن نظرًا لأن النتائج تبدو متضاربة ، فقد يضطر علماء الفلك الآن إلى إعادة النظر في بعض مفاهيمهم السابقة.
قال هيلدبراندت: 'هناك عدة خيارات: نظرًا لأننا لا نفهم المكونات المهيمنة في الكون (المادة المظلمة والطاقة المظلمة) ، يمكننا اللعب بخصائص كليهما'. 'على سبيل المثال ، يمكن لأشكال مختلفة من الطاقة المظلمة (أكثر تعقيدًا من أبسط الاحتمالات ، وهو' الثابت الكوني 'لأينشتاين) أن تفسر قياساتنا. الاحتمال المثير الآخر هو أن هذه علامة على أن قوانين الجاذبية على مقياس الكون مختلفة عن النسبية العامة. كل ما يمكننا قوله الآن هو أن شيئًا ما يبدو غير صحيح تمامًا! '
قراءة متعمقة: الذي - التي و arXiv