تكشف خريطة جديدة لمادة الكون عن ثغرة محتملة في فهمنا للكون
صنع العلماء واحدة من أكثر الخرائط دقة لمادة الكون ، وهي تظهر أن شيئًا ما قد يكون مفقودًا في أفضل نموذج لدينا عن الكون.
تم إنشاء الخريطة الجديدة من خلال تجميع البيانات من مقرابين يرصدان أنواعًا مختلفة من الضوء ، وكشفت أن الكون أقل “تكتلًا” مما تنبأت به النماذج السابقة – وهي علامة محتملة على أن الشبكة الكونية الواسعة التي تربط المجرات ليست مفهومة بشكل كبير مما كان يعتقد العلماء.
وفقًا لفهمنا الحالي ، فإن الشبكة الكونية عبارة عن شبكة عملاقة من الطرق السماوية الفائقة المتقاطعة المعبدة بغاز الهيدروجين و المادة المظلمة. أخذ شكل في أعقاب الفوضى التي أعقبت الانفجار العظيم، محلاق الويب تكونت على شكل كتل من مرق الكون الفتى. حيث تتقاطع خيوط متعددة من الويب ، تشكلت المجرات في النهاية. لكن الخريطة الجديدة التي نُشرت في 31 يناير باسم ثلاثة (يفتح في علامة تبويب جديدة) منفصل (يفتح في علامة تبويب جديدة) دراسات (يفتح في علامة تبويب جديدة) في مجلة Physical Review D ، يوضح أنه في أجزاء كثيرة من الكون ، تكون المادة أقل تكتلًا معًا وأكثر انتشارًا بشكل متساوٍ مما تتوقع النظرية أن تكون عليه.
متعلق ب: ما مدى ظلام الشبكة الكونية؟
“يبدو أن هناك تقلبات أقل قليلاً في الكون الحالي مما نتوقع بافتراض نموذجنا الكوني القياسي المرتبط بالكون المبكر ،” المؤلف المشارك إريك باكستر ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة هاواي ، قال في بيان (يفتح في علامة تبويب جديدة).
غزل الشبكة الكونية
وفقًا للنموذج القياسي لعلم الكونيات ، بدأ الكون يتشكل بعد الانفجار العظيم ، عندما امتلأ الكون الشاب بجزيئات من كل من المادة والمادة المضادة ، والتي ظهرت إلى الوجود فقط لإبادة بعضها البعض عند الاتصال. قضت معظم اللبنات الأساسية للكون على نفسها بهذه الطريقة ، لكن النسيج المتسع بسرعة للزمكان يعني أن بعض جيوب البلازما البدائية بقيت هنا وهناك.
سرعان ما ضغطت قوة الجاذبية هذه الجيوب البلازمية على نفسها ، مما أدى إلى تسخين المادة عندما يتم ضغطها بالقرب من بعضها البعض لدرجة أن الموجات الصوتية التي تنتقل بنصف سرعة الضوء (تسمى اهتزازات الباريون الصوتية) تموج إلى الخارج من كتل البلازما. دفعت هذه التموجات المادة التي لم يتم سحبها بالفعل إلى مركز الكتلة ، حيث استقرت على شكل هالة حولها. في تلك المرحلة ، تم توزيع معظم مادة الكون على شكل سلسلة من الأغشية الرقيقة التي تحيط بالفراغات الكونية التي لا تعد ولا تحصى ، مثل عش من فقاعات الصابون في الحوض.
بمجرد أن تبرد هذه المادة ، وخاصة الهيدروجين والهيليوم بشكل كافٍ ، فإنها تتجمع أكثر لتولد النجوم الأولى ، والتي بدورها تشكل عناصر أثقل وأثقل من خلال الاندماج النووي.
لتخطيط كيفية نسج الشبكة الكونية ، قام الباحثون بدمج الملاحظات المأخوذة مع مسح الطاقة المظلمة في تشيلي – الذي مسح السماء في الترددات القريبة من الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء من 2013 إلى 2019 – وتلسكوب القطب الجنوبي ، التي تقع في القارة القطبية الجنوبية وتدرس انبعاثات الميكروويف التي تشكل الخلفية الكونية الميكروية ، أقدم ضوء في الكون.
على الرغم من أنهم ينظرون إلى أطوال موجية مختلفة للضوء ، فإن كلا المقرابين يستخدمان تقنية تسمى عدسة الجاذبية لرسم خريطة تكتل المادة. تحدث عدسة الجاذبية عندما يجلس جسم ضخم بين تلسكوباتنا ومصدره ؛ كلما بدا أن الضوء القادم من جيب معين من الفضاء مشوهًا ، زادت المادة الموجودة في تلك المساحة. هذا يجعل العدسة التثاقلية أداة ممتازة لتتبع كل من المادة الطبيعية والمادة المظلمة الغامضة ، والتي على الرغم من أنها تشكل 85٪ من الكون ، إلا أنها لا تتفاعل مع الضوء إلا بتشويهها بالجاذبية.
باستخدام هذا النهج ، استخدم الباحثون بيانات من كلا التلسكوبين لتحديد موقع المادة وإزالة الأخطاء من مجموعة بيانات أحد التلسكوبات عن طريق مقارنتها بالتلسكوبات الأخرى.
“إنه يعمل مثل الفحص الشامل ، لذلك يصبح قياسًا أكثر قوة بكثير مما لو كنت قد استخدمت أحدهما للتو” ، هذا ما قاله المؤلف الرئيسي المشارك تشيهواي تشانج (يفتح في علامة تبويب جديدة)قال عالم الفيزياء الفلكية بجامعة شيكاغو في البيان.
تتوافق خريطة المادة الكونية التي أنتجها الباحثون عن كثب مع فهمنا لكيفية تطور الكون ، باستثناء التناقض الرئيسي: لقد تم توزيعه بشكل متساوٍ وأقل تكتلًا مما يوحي به النموذج القياسي لعلم الكونيات.
يوجد احتمالان لشرح هذا التناقض. الأول هو أننا ببساطة ننظر إلى الكون بشكل غير دقيق للغاية ، وأن الانحراف الظاهر عن النموذج سوف يختفي عندما نحصل على أدوات أفضل للنظر إلى الكون. الاحتمال الثاني ، والأكثر أهمية ، هو أن نموذجنا الكوني يفتقد بعض الفيزياء الكبيرة جدًا. سيتطلب اكتشاف أيهما صحيحًا المزيد من الدراسات الاستقصائية والتخطيطات ، بالإضافة إلى فهم أعمق للقيود الكونية التي تربط رغوة الصابون في الكون.
وكتب الباحثون في إحدى الدراسات “لا يوجد تفسير مادي معروف لهذا التناقض”. “الارتباط المتبادل بين الاستطلاعات … سيمكن من إجراء دراسات ارتباط متبادلة أكثر قوة بشكل ملحوظ والتي ستوفر بعض القيود الكونية الأكثر دقة ودقة ، والتي ستسمح لنا بمواصلة اختبار الإجهاد [standard cosmological] نموذج.”
