مسح الطاقة المظلمة: رسم خرائط توسع الكون

مسح الطاقة المظلمة

تم التقاط هذه الصورة بكاميرا الطاقة المظلمة. تُظهر مجرة ​​NGC 1398 ، المليئة بأكثر من 100 مليون نجم وتعيش في مجموعة Fornax ، على بعد حوالي 65 مليون سنة ضوئية من الأرض. (رصيد الصورة: Dark Energy Survey)



مسح الطاقة المظلمة (DES) يرسم خريطة للكون بالأشعة تحت الحمراء لمعرفة الإجابة على سؤال ملتهب: لماذا يتسارع الكون في تمدده؟



ينشأ الجهد من اكتشاف مفاجئ من علماء الفلك الذين يبحثون عن مستعرات أعظم بعيدة ، أو انفجارات النجوم ، يقول موقع DES . في عام 1998 ، اكتشفوا أن الكون لا يتوسع فحسب ، بل يتمدد بشكل أسرع مع نموه. لقد كانت مفاجأة بالنظر إلى أن نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين تقول إن الجاذبية يجب أن تكون في الواقعابطئتوسع الكون.

'لشرح التسارع الكوني ، يواجه علماء الكونيات احتمالين ،' يقول موقع DES . إما أن 70٪ من الكون موجود في شكل غريب ، يسمى الآن الطاقة المظلمة ، والذي يُظهر قوة جاذبية معاكسة للجاذبية الجذابة للمادة العادية. أو يجب استبدال النسبية العامة بنظرية جديدة للجاذبية على المقاييس الكونية. [ صور مذهلة من كاميرا الطاقة المظلمة في تشيلي ]

ملخص



لقد عرفنا أن الكون يتوسع منذ حوالي عشرينيات القرن الماضي ، عندما كان علماء الفلك مثل إدوين هابل يتتبعون حركة المجرات البعيدة. لقد رأوا أن المجرات تتحرك بشكل أسرع عندما تكون بعيدة عنا. يمكن أن يرتبط هذا التوسع بطاقة الانفجار العظيم ، التي ولدت المكان والزمان منذ حوالي 13.7 مليار سنة. ومع ذلك ، يصعب تفسير التسارع.

تظل الطاقة المظلمة والمادة المظلمة - التي يُعتقد أنها مسؤولة عن معظم كتلة الكون - من أكثر الألغاز ديمومة في علم الكونيات. تقول النظرية أن المادة التي يمكننا رؤيتها تشكل أقل من 5٪ من الكون. الطاقة المظلمة حوالي 69 بالمائة والمادة المظلمة 27 بالمائة.

يتم إجراء مسح DES بين عامي 2013 و 2018 باستخدام تلسكوب Blanco 4 أمتار في مرصد Cerro Tololo Inter-American. يقع المرصد في أعالي جبال الأنديز الشيلية ، ويحظى المشروع بدعم الولايات المتحدة وإسبانيا والمملكة المتحدة والبرازيل وألمانيا وسويسرا وأستراليا.



أصبح المسح ممكنًا باستخدام DECam ، وهي كاميرا رقمية بدقة 570 ميجابكسل مصممة لالتقاط مساحات واسعة من السماء. سيستمر المشروع لمدة 525 ليلة رصد ، بالنظر إلى 300 مليون مجرة ​​على بعد مليارات السنين الضوئية من الأرض (بالقرب من الوقت الذي تشكل فيه الكون).

مع مرور الوقت ، من المتوقع أن ترسم الكاميرا بدقة تحركات المجرات والمستعرات الأعظمية لمحاولة اكتشاف أنماط البنية الكونية ، كما يقول موقع DES. الهدف العام هو معرفة المزيد عن تسارع توسع الكون.

إذا كانت الطاقة المظلمة موجودة بالفعل ، فإن السؤال التالي هو محاولة معرفة ماهيتها حيث لا يمكن استشعارها بواسطة الأدوات التقليدية. تم تصميم DES يقترح عدة احتمالات . أحدهما هو أن الطاقة المظلمة هي في الواقع 'الطاقة الذاتية' للفضاء الفارغ ، والتي يشار إليها أحيانًا بالمفهوم الكوني. يُعتقد أن الطاقة هي 'ضغط سلبي' يجعل الكون ينمو بشكل أسرع.



الاحتمال الآخر هو أنه نوع من الجسيمات غير المرئي حتى الآن والذي سيكون أخف بكثير من بوزون هيغز ، الذي تم اكتشافه في عام 2012. وهذا يعني أن كثافة الطاقة المظلمة تقل بمرور الوقت. (إذا زادت كثافة الطاقة المظلمة فعليًا ، فإن هذا سيؤدي في النهاية إلى تمزيق المجرات والنجوم والذرات في عملية يطلق عليها اسم 'التمزق الكبير').

كاميرا الطاقة المظلمة المثبتة على تلسكوب بلانكو في تشيلي.

كاميرا الطاقة المظلمة المثبتة على تلسكوب بلانكو في تشيلي.(رصيد الصورة: مؤسسة Dark Energy Survey Collaboration.)

النتائج والعمل المستقبلي

جاءت أكبر نتيجة حتى الآن في أبريل 2015 ، عندما أصدر العلماء بالمسح أول خريطة للمادة المظلمة بناءً على بيانات من DES. وفقا ل بيان صحفي من مختبر Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab ) ، ستساعد الخرائط علماء الفلك على فهم كيف تساعد المادة المظلمة في تكوين المجرات. يتوقع العلماء أيضًا التعرف على الطاقة المظلمة من خلال النظر إلى 'تكتل' المادة المظلمة. (Fermilab هو أحد المشاركين في DES كما أنه من بين المساهمات الأخرى ، قام ببناء DECam).

لا يمكن للأجهزة التقليدية رؤية المادة المظلمة ، ولكن يمكن دراستها من خلال تأثيرات الجاذبية. وأضاف فيرميلاب أن أحد الأمثلة الشائعة هو عدسات الجاذبية ، عندما يؤدي سحب الجاذبية للمادة المظلمة إلى انحناء الضوء حول المجرات البعيدة. تذهب النظرية إلى أن المجرات تتشكل وسط تركيزات المادة المظلمة (بمعنى آخر ، في الجاذبية القوية). حتى الآن - على الرغم من أن الخريطة الأولى تتضمن 3 في المائة فقط من السماء التي ستقوم DES بمسحها - فإن الملاحظات تتطابق مع التنبؤ.

في أوائل عام 2016 ، تابعت DES الخريطة بإصدار ضخم للمعلومات التي جمعتها الكاميرا بين نوفمبر 2012 وفبراير 2013. يحتوي الكتالوج على معلومات عن 25 مليون كائن. نظرًا لأن هذه كانت بيانات مبكرة جدًا ، قال Fermilab في يناير 2016 ، سيتم إصدار المزيد من المعلومات في المستقبل. عمل DES المستقبلي يمكن أن تشمل نتائج في موجات الجاذبية ، والتي يعتقد أنها تحدث عندما تعطل الأجسام الضخمة الزمكان.

كانت هناك أيضًا فوائد جانبية لإجراء المسح. في عام 2015 ، اكتشف علماء DES ومجموعة مستقلة من جامعة كامبريدج نوعًا نادرًا من المجرات الساتلية القزمة باستخدام بيانات السنة الأولى من DES . نظرًا لأن المجرات القزمة هي أصغر المجرات المعروفة ، كما كتب فيرميلاب ، 'يمكن أن تحمل مفتاح فهم المادة المظلمة والعملية التي تتشكل بها المجرات الأكبر'. في اكتشاف منفصل في ذلك العام ، العلماء وجدت ثماني مجرات قزمة يمكن أن تكون أقمارًا صناعية لمجرة درب التبانة.

في عام 2016 ، سرعان ما نفت وكالة ناسا التقارير التي تفيد بأن الكوكب النظري التاسع - الذي اقترحه كونستانتين باتيجين ومايك براون ، اثنان من علماء الكواكب من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا - هو التجاذب على مسبار كاسيني الذي يدور حول زحل . عندما تم تداول التقارير الإخبارية في أبريل ، كان DES تم الاستشهاد به كمسح محتمل يمكن أن يساعد في العثور على الكوكب التاسع لأنه يبحث في نفس المنطقة من كوكبة قيطس ، حيث يبحث الفلكيون عن الكوكب.