لقد عرفنا منذ فترة عن الهيكل الواسع النطاق للكون. توجد المجرات في خيوط يبلغ طولها مئات الملايين من السنين الضوئية ، على عمود فقري للمادة المظلمة. وحيث تلتقي تلك الخيوط ، توجد عناقيد مجرية. بينهما فراغات ضخمة حيث تتناثر المجرات. الآن قام فريق من علماء الفلك في ألمانيا وزملائهم في الصين وإستونيا باكتشاف مثير للاهتمام.
هذه الخيوط الضخمة تدور ، وهذا النوع من الدوران بهذا الحجم الهائل لم يسبق له مثيل من قبل.
من الواضح أنه لا توجد طريقة لالتقاط صورة حقيقية لهيكل الكون الواسع النطاق. ولكن هناك بعض الصور المشهورة تقريبًا التي تأتي من برنامج محاكاة الألفية . كانت محاكاة الألفية عبارة عن محاكاة حاسوبية فائقة لجزء مكعب من الكون يزيد عن ملياري سنة ضوئية على كل جانب. تحتوي الصورة على حوالي 20 مليون مجرة فردية منظمة في خيوط وتكتلات ، وكانت هذه أول لمحة حقيقية لنا عن LSS للكون.
إنه لأمر رائع أن ننظر إلى تلك الصورة الآن وتتخيل تلك الخيوط تدور.
صورة لبنية الكون واسعة النطاق ، تظهر الخيوط والفراغات داخل الهيكل الكوني. الائتمان: مشروع محاكاة الألفية
عمل فريق علماء الفلك وراء هذا الاكتشاف ببيانات من مسح سلون الرقمي للسماء (SDSS.) أنشأ SDSS خريطة ثلاثية الأبعاد مفصلة للغاية للكون ، لذلك كانت بيانات SDSS مهمة لاكتشاف الفريق.
'من خلال رسم خرائط لحركة المجرات في هذه الطرق الكونية الفائقة الضخمة باستخدام مسح Sloan Digital Sky - مسح لمئات الآلاف من المجرات - وجدنا خاصية رائعة لهذه الخيوط: إنها تدور.' يقول Peng Wang ، المؤلف الأول للدراسة المنشورة الآن وعالم الفلك في AIP (معهد الفيزياء الفلكية بوتسدام).
كل مجرة في الخيوط لا تزيد عن ذرة من الغبار على نطاق واسع ، وهي لا تدور فقط بل تتحرك على طول المحلاق كما لو كانت خطوط أنابيب.
'إنهم يتحركون على لولب أو مدارات مثل المفتاح ، يدورون حول منتصف الفتيل أثناء السفر على طوله.'
نعوم ليبسكيند ، مؤلف مشارك في الدراسة ، AIP.
أضاف نعوم ليبسكيند ، البادئ بالمشروع في AIP: 'على الرغم من كونها أسطوانات رفيعة - تشبه في أبعادها أقلام الرصاص - يبلغ طولها مئات الملايين من السنين الضوئية ، ولكن يبلغ قطرها بضعة ملايين من السنين الضوئية ، فإن هذه المحلاق الرائعة للمادة تدور'. 'على هذه المقاييس ، المجرات بداخلها هي نفسها مجرد عينات من الغبار. إنهم يتحركون على لولب أو مدارات مثل المفتاح ، يدورون حول منتصف الفتيل أثناء السفر على طوله. لم يُر مثل هذا الدوران من قبل على مثل هذه المقاييس الهائلة ، والنتيجة هي أنه يجب أن تكون هناك آلية فيزيائية غير معروفة حتى الآن مسؤولة عن عزم هذه الأشياء '.
من الصعب تصور حقيقة أن هذه الخيوط تدور ، وستكون رائعة بمجرد نجاحك. لكن الاكتشاف يتعلق بما هو أكثر من افتتاننا. هذه هي أكبر الأجسام التي رأيناها تدور على الإطلاق ، وهذا يعني أن الزخم الزاوي يمكن أن يحدث على نطاق هائل. أحد الألغاز في علم الكونيات هو كيفية توليد هذا الزخم الزاوي على هذا النطاق الهائل حيث لم يكن هناك دوران بدائي في الكون المبكر.
يعتمد الاكتشاف على ملاحظات المجرات الفردية في الخيوط وانزياحها الدوبلر. في هذه الدراسة ، يعد الانزياح الأحمر وكيلًا للدوران ، والمجرات ذات الانزياح الأحمر تتراجع ، والمجرات المزاحة باللون الأزرق تقترب.
يوضح هذا الشكل من الورقة سرعة دوران الشعيرة كدالة للمسافة بين المجرات والعمود الفقري الخيطي. يتم عرض مسافة المجرات من العمود الفقري الخيطي في المنطقة المتراجعة باللون الأحمر وتُنسب القيم الموجبة ، بينما تم تحديد مسافة المجرات في المنطقة التي تقترب باللون الأزرق وتنسب إلى القيم السالبة. تمثل أشرطة الخطأ الانحراف المعياري عن المتوسط. حقوق الصورة: Wang et al 2021.
في نموذج العمل الحالي للتشكيل البنيوي للكون ، تنمو الكثافات الزائدة عن طريق عدم استقرار الجاذبية. المواد من المناطق منخفضة الكثافة تتدفق إلى مناطق ذات كثافة زائدة. لكن هذا التدفق من المواد ليس له دوران أو تجعيد. هذا هو السبب في أن علماء الكونيات يقولون إنه لم يكن هناك دوران في الكون المبكر. وهنا حيث يصبح هذا الاكتشاف أكثر إثارة للاهتمام.
يجب أن يتولد الدوران الواضح في خيوط المجرات هذه مع تشكل الهياكل. وهذه الخيوط وبقية الشبكة الكونية مرتبطة بتكوين وتطور المجرات نفسها. كما أن لها تأثيرًا قويًا على دوران المجرات الفردية ويمكنها تنظيم كيفية دوران المجرة وهالة المادة المظلمة فيها. هناك قطعة غير معروفة في كل هذا: لا يعرف العلماء حتى الآن كيف يمكن لفهمنا الحالي أن يتنبأ بأن الخيوط نفسها تدور.
'لم نشهد مثل هذا الدوران من قبل على مثل هذه المقاييس الهائلة ، والمضمون هو أنه يجب أن تكون هناك آلية فيزيائية غير معروفة حتى الآن مسؤولة عن عزل هذه الأشياء.'
نعوم ليبسكيند ، مؤلف مشارك في الدراسة ، AIP.
قبل هذه الدراسة ، افترض علماء آخرون أن هذه الخيوط تدور. على سبيل المثال، دكتور مارك نيرينك وهو زميل في قسم الفيزياء النظرية بجامعة إقليم الباسك بإسبانيا ، وهو معروف بالتنظير في هذا الشأن. وهو معروف أيضًا بتطويره لوصف 'اوريغامي' لتشكيل البنية الكونية. في مقال 2016 في The Paper قال ، '... إذا كانت المجرات تدور (وهي تفعل) ، فلا بد أن الشعيرات تخرج منها. علاوة على ذلك ، يجب أن تدور المجرات المرتبطة بخيوط في الغالب معًا ، مثل الأجسام المتصلة بنهايات قضيب. في الواقع ، هذا يتوافق مع الملاحظات الفلكية ؛ تميل المجرات القريبة إلى الدوران في نفس الاتجاه '.
كان عمل الدكتور نايرينك نقطة انطلاق مهمة للفريق وراء هذه الورقة.
يقول المؤلف المشارك نعوم ليبسكيند: 'بدافع من اقتراح الدكتور مارك نيرينك أن الخيوط قد تدور ، قمنا بفحص توزيع المجرات المرصود ، بحثًا عن دوران الخيوط'. 'إنه لأمر رائع أن نرى هذا التأكيد على أن الخيوط بين المجرات تدور في الكون الحقيقي ، وكذلك في محاكاة الكمبيوتر.'
استخدم الفريق طريقة رسم خرائط متطورة قسمت توزيع المجرات المرصودة إلى أجزاء. ثم تم تقريب كل من الخيوط بواسطة اسطوانة. ثم تم تقسيم المجرات الموجودة في الشعيرة إلى منطقتين على جانبي العمود الفقري للخيوط. ثم قاموا بقياس متوسط فرق الانزياح الأحمر بين المنطقتين بعناية. كتب المؤلفون: 'فرق الانزياح الأحمر المتوسط هو وكيل لاختلاف السرعة (انزياح دوبلر) بين المجرات على الجانب المتراجع والجانب المقترب من الأنبوب الخيطي'. هذه هي الطريقة التي قاسوا بها دوران الخيوط.
كتب الفريق في ورقتهم البحثية أن ما وجدوه لا يمكن أن يكون عشوائيًا. 'ما يتم قياسه وتقديمه هنا هو فرق الانزياح الأحمر بين منطقتين على جانبي محور الدوران المفترض الذي يتزامن مع العمود الفقري الخيطي. التوزيع الكامل لهذه الكمية غير متسق مع عشوائي بغض النظر عن زاوية الرؤية المتكونة مع خط البصر ... '
ومع ذلك ، يحذر الباحثون من أن نتائجهم لا تعني أن كل خيوط في الكون تدور. سيكون ذلك بعيد المنال. كتبوا: 'لا يتنبأ هذا العمل بأن كل خيط في الكون يدور ، بل هناك عينات فرعية - مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بكتلة نقطة نهاية زاوية الرؤية - تُظهر إشارة واضحة تتسق مع الدوران. هذا هو الاكتشاف الرئيسي لهذا العمل '.
كتب الفريق في استنتاجهم 'معًا' الدراسة الحالية و شيا وآخرون. (2021) أظهر أنه يمكن توليد الزخم الزاوي على مستويات غير مسبوقة ، مما يفتح الباب أمام فهم جديد لللف الكوني '.
المؤلف الرئيسي لهذا العمل هو Peng Wang ، عالم الفلك في معهد الفيزياء الفلكية بوتسدام (AIP). عنوان البحث هو 'دليل رصدي محتمل على لف الخيوط الكونية.' تم نشره في Nature Astronomy.
أكثر:
- خبر صحفى: اكتشاف أكبر دوران في الكون
- البحوث المنشورة: دليل رصدي محتمل على دوران الخيوط الكونية
- الكون اليوم: ينمو العفن الوحل بنفس الطريقة التي ينمو بها هيكل الكون على نطاق واسع
