جزء كبير من المادة في الكون مفقود – مرة أخرى

قام باحثون من جامعة ألاباما بمراقبة الفضاء في مجال الأشعة السينية وحاولوا تقدير كتلة الكون من خلال كمية الإشعاع الصادر من المادة المجرية "كنا نظن أننا رأينا ضوء مليار حاملة طائرات، لكنه كان فقط مليار يراعة"

لم يقتصر الأمر على اختفاء جزء كبير من الكون الذي اعتقد علماء الفلك أنه تم اكتشافه في عام 2002 مرة أخرى فحسب، بل أخذ معه أيضًا بعض الأصدقاء، وفقًا لدراسة نُشرت مؤخرًا في جامعة ألاباما في هانتسفيل (UAH). وقد تظهر الحسابات الجديدة أن الكون أرق بنسبة 10-20% مما أظهرته الحسابات السابقة.

نفس المجموعة في UAH التي وجدت ما كان يعتقد أنه جزء كبير من "الكتلة المفقودة" التي تصيب الكون بأكمله، اكتشفت أن بعض الأشعة السينية التي كان يعتقد أنها سحب من المادة "الدافئة" بين المجرات يبدو الآن أنها تحتوي على تم إنشاؤها بواسطة الإلكترونات الضوئية.

"إذا كان مصدر معظم الأشعة السينية في الفضاء هو من إلكترونات صغيرة وليس من ذرات ثقيلة، فهو مثل مليار ضوء كنا نظن أنها قادمة من مليار حاملة طائرات، تبين أنها قادمة من مليار يراعة ساطعة.

وهذا يعني أن السحب التي تبعث الأشعة السينية تحتوي على نسبة أقل من المادة مما كنا نعتقد حتى الآن. يقول الدكتور ماكس بونامانتي، الأستاذ في قسم الفيزياء بجامعة UAH.

"جزء كبير مما اعتقدنا أنه الكتلة المفقودة تبين أنه تلك الإلكترونات "النسبية" التي تتحرك بسرعة الضوء تقريبًا (وبالتالي تسمى النسبية)، وتصطدم بالفوتونات من إشعاع الخلفية الكونية. تعمل الطاقة الناتجة عن هذه الاصطدامات على تحويل الفوتون من موجة ميكروويف منخفضة الطاقة إلى أشعة سينية عالية الطاقة.

تم هذا الاكتشاف عندما حاول الباحثون تحليل تركيبة الغاز الساخن الذي ينبعث من الأشعة السينية في مركز مجموعة المجرات - أكبر بنية كونية في الكون. في عام 2002، أفاد فريق UAH أنهم اكتشفوا كمية كبيرة من الأشعة السينية "الناعمة" (أي منخفضة الطاقة) القادمة من الفراغات الشاسعة في مركز مجموعات المجرات. ويضاف هذا الاكتشاف إلى الاكتشافات السابقة للغاز "الساخن" في هذه المناطق، والذي تنبعث منه أشعة سينية صلبة، أي ذات طاقة عالية.

على الرغم من أن الذرات التي تنبعث منها الإشعاعات الناعمة كانت تعتبر موزعة بشكل متناثر في الفضاء (أقل من ذرة واحدة لكل متر مكعب)، إلا أنها تملأ مليارات ومليارات من السنوات الضوئية المكعبة. ويُعتقد أن كتلتها مجتمعة تمثل ما لا يقل عن 10% من الكتلة والجاذبية اللازمة لدعم المجرات ومجموعات المجرات وربما حتى الكون نفسه.

وعندما نظر بونامانتي وزملاؤه إلى البيانات التي جمعتها عدة أدوات تعمل على الأقمار الصناعية، بما في ذلك مرصد شاندرا الفضائي الذي يعمل في مجال الأشعة السينية، والمجرات العنقودية في السماء الجنوبية، وجدوا أن الطاقة الصادرة عن تلك الأجسام التي تنبعث منها أشعة سينية ناعمة لم يكن مرئيا كما كان ينبغي أن يكون. "لم نتمكن أبدًا من جمع خطوط الانبعاث الطيفية المرتبطة بهذه الاكتشافات." شرح. "إذا كان هذا الاختلاف في البيانات بسبب التأثير على الغاز البارد، كان يجب أن نرى خطوط الانبعاثات.

التفسير الأكثر منطقية هو أن جزءًا كبيرًا من الطاقة يأتي من اصطدام الإلكترونات بالفوتونات بدلاً من الذرات والأيونات الساخنة، والتي لها انبعاثات طيفية يمكن اكتشافها. يقول بونامانتي: "إن اكتشاف هذه الإلكترونات يشبه العثور على قمة جبل جليدي"، لأنها قد لا تقتصر على إصدار إشارات الأشعة السينية الناعمة فقط. يمكن للإشارات الصادرة عن تلك الإلكترونات أن تفسر أيضًا بعض عمليات رصد الأشعة السينية الأقوى، مما قد يقلل أيضًا من بعض عمليات رصد الأشعة السينية الصلبة، وبالتالي أيضًا الكتلة التي يتكون منها الغاز الساخن في مركز المجرة عناقيد المجموعات.

ومما يزيد الأمور تعقيدًا أن الطاقة الصادرة عن هذه الإلكترونات يمكنها أيضًا تبخير الكتلة. في السابق، استخدم علماء الفيزياء الفلكية الطاقة القادمة من مركز هذه العناقيد لحساب كمية المادة المطلوبة للوصول إلى التوازن الذي نراه هناك. كتلة كبيرة جدًا وسوف تنهار الكتلة على نفسها. قليل جدًا وارتفع الغاز الساخن لينتشر. وبما أن الطاقة القادمة من هذه السحب الساخنة يمكن حسابها بشكل إجمالي، فقد كان يُعتقد أنه يمكن حساب هذه الكتلة بدقة كبيرة حتى بالنسبة لعلماء الفيزياء الفلكية. بدلًا من ذلك، يقول بونامانتي، إذا كانت أجزاء كبيرة من إجمالي طاقة الأشعة السينية تأتي من الإلكترونات السريعة، "فإن هذا من شأنه أن يفاجئنا ويجعلنا نعتقد أن هناك غازًا أكثر مما هو موجود بالفعل". وهذا يعني أنه سيتعين علينا إعادة تصميم الطريقة التي نحسب بها كتلة الغاز والكتلة الإجمالية".

وفقًا لبيان صحفي لجامعة ألاباما