اكتشاف رائد آخر بواسطة جامعة ناجوياالفائزون الستة بجائزة نوبل ينظرون إلى أجزاء من الفضاء أبعد من أي وقت مضى. بالتعاون مع جامعة طوكيو و جامعة برينستون، كشف الباحثون كيف لاحظوا تكون المادة المظلمة حول المجرات قبل 12 مليار سنة ، باستخدام بقايا الإشعاع من الانفجار العظيم.
قد يكون من الصعب رؤية الأحداث التي حدثت منذ زمن بعيد. نظرًا لسرعة الضوء المحدودة ، لاحظ الفريق مجرات بعيدة في تاريخها قبل المليار عام بدلاً من حالتها الحالية. لا تزال مراقبة المادة المظلمة ، التي لا تنتج الضوء ، أكثر صعوبة.
فكر في مجرة ذات مصدر بعيد تكون أبعد من المجرة المستهدفة لدراسة مادتها المظلمة. كما تنبأ نظرية النسبية العامة لأينشتاين، فإن جاذبية المجرة الأمامية ، بما في ذلك مادتها المظلمة ، تشوه المحيط المكان والزمان. يتغير الشكل الظاهر للمجرة نتيجة انحناء الضوء من مصدر المجرة أثناء مرورها عبر التشويه. يزداد التشويه مع زيادة كمية المادة المظلمة. بسبب التشويه ، يمكن للباحثين حساب مقدار المادة السوداء بالقرب من المجرة الأمامية (المعروفة أيضًا باسم مجرة "العدسة").
بعد نقطة معينة ، تظهر مشكلة: المجرات قاتمة للغاية في أبعد مناطق الكون. نتيجة لذلك ، تصبح هذه الاستراتيجية أقل نجاحًا عندما ننظر بعيدًا عن الأرض. يجب أن يكون هناك العديد من المجرات الخلفية لتحديد الإشارة لأن تشوه العدسة يكون عادةً متواضعًا ويصعب اكتشافه.
معظم الدراسات عالقة في نفس الحدود. إلى جانب عدم قدرتهم على تحديد مجرات المصدر البعيدة بدرجة كافية لقياس التشوه ، يمكن للعلماء فقط تحليل المادة المظلمة منذ ما لا يزيد عن 8-10 مليار سنة مضت.
تركت هذه القيود مفتوحة لمسألة توزيع المادة المظلمة بين هذا الوقت و 13.7 مليار سنة ، حول بداية كوننا.
يتغلب الباحثون في هذه الدراسة على هذه المشكلة باستخدام بيانات من ملاحظات Subaru Hyper Supreme-Cam Survey (HSC). يمكنهم اكتشاف 1.5 مليون مجرة عدسة باستخدام الضوء المرئي ، والتي تم اختيارها لتظهر قبل 12 مليار سنة.
بعد ذلك ، استخدموا الموجات الدقيقة من الخلفية الكونية (CMB) لمعالجة نقص ضوء المجرة البعيدة. لقد استخدموا بشكل خاص الموجات الدقيقة التي لاحظها القمر الصناعي بلانك التابع لوكالة الفضاء الأوروبية لتحديد كمية المادة المظلمة حول مجرات العدسة المشوهة بواسطة الموجات الدقيقة.
قال البروفيسور ماسامي أوتشي من جامعة طوكيو ، "انظر إلى المادة المظلمة حول المجرات البعيدة؟ كانت فكرة مجنونة لم يدرك أحد أنه يمكننا القيام بذلك. ولكن بعد أن تحدثت عن عينة مجرة كبيرة بعيدة ، جاءني Hironao وقال إنه قد يكون من الممكن النظر إلى المادة المظلمة حول هذه المجرات باستخدام CMB ".
قال الأستاذ المساعد يويتشي هاريكان من معهد أبحاث الأشعة الكونية بجامعة طوكيو ، يستخدم معظم الباحثين مجرات المصدر لقياس توزيع المادة المظلمة من الوقت الحاضر إلى ثمانية مليارات سنة مضت. ومع ذلك ، يمكننا النظر أكثر في الماضي لأننا استخدمنا CMB الأبعد لقياس المادة المظلمة. لأول مرة ، كنا نقيس المادة المظلمة من اللحظات الأولى للكون تقريبًا ".
بعد تحليل أولي ، سرعان ما أدرك الباحثون أن لديهم عينة كبيرة بما يكفي لاكتشاف توزيع المادة المظلمة. من خلال الجمع بين عينة المجرة البعيدة الكبيرة وتشوهات العدسة في CMB ، اكتشفوا المادة المظلمة في زمن بعيد ، منذ 12 مليار سنة. هذا فقط 1.7 مليار سنة بعد بداية الكون؛ وهكذا ، تُرى هذه المجرات بعد وقت قصير من تشكلها لأول مرة.
قال الأستاذ المساعد المعين في KMI هيروناو مياتاكي ، "كنت سعيدًا لأننا فتحنا نافذة جديدة على تلك الحقبة. قبل 12 مليار سنة ، كانت الأمور مختلفة جدًا. ترى المزيد من المجرات في عملية التكوين أكثر من الوقت الحاضر ؛ بدأت مجموعات المجرات الأولى أيضًا في التكون. تتكون مجموعات المجرات من 100-1000 مجرة مرتبطة بالجاذبية بكميات كبيرة من المادة المظلمة ".
قالت نيتا باهكال ، أستاذ علم الفلك في يوجين هيغينز ، أستاذ علوم الفيزياء الفلكية ، ومدير الدراسات الجامعية في جامعة برينستون ، "تعطي هذه النتيجة مظهرًا متسقًا للغاية صورة المجرات وتطورها ، وكذلك المادة المظلمة في المجرات وحولها ، وكيف تتطور هذه الصورة مع مرور الوقت. "
كانت إحدى أكثر النتائج إثارة للباحثين تتعلق بتكتل المادة المظلمة. وفقًا للنظرية القياسية لعلم الكونيات ، نموذج Lambda-CDM ، فإن التقلبات الطفيفة في CMB تشكل تجمعات من المادة المكتظة بكثافة من خلال جذب المادة المحيطة من خلال خطورة. هذا يخلق كتل غير متجانسة تشكل النجوم والمجرات في هذه المناطق الكثيفة. تشير نتائج المجموعة إلى أن قياس التكتل كان أقل مما توقعه نموذج Lambda-CDM.
قال مياتاكي ، "ما توصلنا إليه لا يزال غير مؤكد. ولكن إذا كان هذا صحيحًا ، فإنه يشير إلى أن النموذج بأكمله معيب بينما تعود بالزمن إلى الوراء. هذا مثير لأنه إذا استمرت النتيجة بعد تقليل أوجه عدم اليقين ، فقد تشير إلى تحسين النموذج الذي قد يوفر نظرة ثاقبة لطبيعة المادة المظلمة نفسها ".
قال Andrés Plazas Malagón ، باحث مشارك في جامعة برينستون ، "في هذه المرحلة ، سنحاول الحصول على بيانات أفضل لمعرفة ما إذا كان نموذج Lambda-CDM يمكنه شرح ملاحظاتنا في الكون. وقد تكون النتيجة أننا بحاجة إلى إعادة النظر في الافتراضات التي دخلت في هذا النموذج ".
قال مايكل شتراوس ، الأستاذ ورئيس قسم علوم الفيزياء الفلكية بجامعة برينستون ، "تتمثل إحدى نقاط القوة في النظر إلى الكون باستخدام الاستطلاعات واسعة النطاق ، مثل تلك المستخدمة في هذا البحث ، في أنه يمكنك دراسة كل شيء تراه في الصور الناتجة ، من الكويكبات في نظامنا الشمسي إلى المجرات الأبعد من الكون المبكر. يمكنك استخدام نفس البيانات لاستكشاف العديد من الأسئلة الجديدة ".
المرجع مجلة:
- هيروناو مياتاكي ، يويتشي هاريكان وآخرون. أول تعريف لإشارة عدسة CMB أنتجتها 1.5 مليون مجرة في z∼4: القيود على تقلبات كثافة المادة عند الانزياح الأحمر العالي. فيز. القس ليت. 129 ، 061301 - تم النشر في 1 أغسطس 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.061301
