اكتشف علماء إسرائيليون خيطا كونيا من المادة المظلمة بالقرب من درب التبانة

سلسلة من 14 مجرة ​​مرتبة في خط مستقيم أثارت شكوك الباحثين في جامعة تل أبيب الذين قرروا التحقيق فيها بعمق من مرصد متسبيه رامون * عدي تزيترين، وهذه هي رسالة الماجستير الخاصة به وخلص المشرف الدكتور نوح بروش إلى أن هذه مجرات تشكلت نتيجة لتركيز المادة المظلمة

تشير الأبحاث التي تم إنجازها مؤخرًا في مرصد فايس بجامعة تل أبيب إلى أن المادة تتراكم من الفضاء على تركيزات المادة المظلمة وتشكل المجرات. وكجزء من البحث، تمت دراسة المجرات القريبة بالتفصيل، وأظهرت النتائج آليات تكوين المجرات في جميع أنحاء الكون. هذا البحث هو رسالة ماجستير للطالب عدي تزيترين في قسم الفلك والفيزياء الفلكية، بتوجيه من الدكتور نوح بروش، مدير مرصد الحكيم. وسيتم نشر النقاط الرئيسية للبحث في مجلة الجمعية الفلكية الملكية في بريطانيا العظمى.

وفي حوار مع موقع العلوم يوضح الدكتور بروش أنه لا يمكن اكتشاف المادة المظلمة إلا من خلال قوة جاذبيتها حيث يتم قياس تأثيرها على بيئتها. تشكل المادة المظلمة حوالي 23% من محتوى الكون، بينما تشكل المادة المضيئة نسبة قليلة فقط. وعلى الرغم من أن طبيعة المادة المظلمة لا تزال مجهولة، إلا أن الحسابات تظهر أن الكون مليء بتراكمات تعرف باسم "الهالات المظلمة". وتؤثر هذه الهالات على محيطها لأن المادة المظلمة تجذب الغاز بين المجرات الذي يتحول إلى نجوم مكونة للمجرات. تشير الصورة المقبولة حاليًا لتشكل المجرات إلى تراكم سحب الغاز في مناطق ذات قوة جاذبية أقوى من البيئة. تم إنشاء "أحواض" الجاذبية هذه بسبب اختراعات المادة المظلمة.

وركزت أبحاث سيترين وبروش على مجموعة من المجرات تقع على بعد حوالي 15 مليون سنة ضوئية منا. وهذه مسافة قريبة، مقارنة بالمسافة من مجرة ​​درب التبانة (مجرتنا) لمعظم المجرات. تبدو المجرات القريبة أكبر وأكثر سطوعًا من المجرات البعيدة، تمامًا كما تبدو الأجسام القريبة أكثر وضوحًا من البعيدة. تم قياس المجرات لأول مرة كجزء من مسح السماء في مجال الإشعاع الراديوي الذي تم إجراؤه في مرصد أريسيبو في بورتوريكو. والدكتور بروش هو أحد مديري هذا المسح المعروف باسم ALFALFA، والذي تم فيه قياس البث الإذاعي بطول موجة 21 سم من ذرات الهيدروجين الكونية. غالبًا ما يتم تحديد مصادر الإشعاع الراديوي من خلال المجرات التي ينبعث منها الضوء المرئي أيضًا. يقع الإرسال في الفضاء ثلاثي الأبعاد بسبب القياس المتزامن لسرعة المصدر بالنسبة إلينا - فتوسع الكون يعني أن المسافة تتناسب طرديًا مع سرعة الأجسام البعيدة.

ووجد مسح ALFALFA 14 مجرة ​​في منطقة صغيرة من الكون القريب، والتي تبعد عنا نفس المسافة تقريبًا والتي تشير صورها في الضوء المرئي إلى عمرها الصغير. وتركز اهتمام الباحثين على هذه المجرات لأنها مرتبة في السماء على خط مستقيم، في حين تتميز المنطقة بأكملها بكثافة مجرات أقل بكثير من المتوسط. أضاف البحث الموصوف هنا إلى معلومات الضوء المرئي قياسًا لكمية الضوء المنبعثة من النجوم الصغيرة جدًا، التي يبلغ عمرها بضعة ملايين من السنين فقط، من كل مجرة. وإلى جانب القياسات بألوان أخرى، يتيح البحث إعادة بناء تاريخ تكوين النجوم في كل مجرة.

"العديد من هذه المجرات كانت معروفة من قبل، لكن حتى الرصد الراديوي في أريسيبو لم يعرفوا أنها على علاقة مماثلة في الفضاء، أي في نفس المنطقة وتبتعد عنا بنفس السرعة. أنا أحد مديري الأبحاث في بورتوريكو وفي هذا السياق رأيت إحدى البيانات الأولى التي تلقيتها ولاحظت على الفور أنها ظاهرة غريبة - أن المجرات مرتبة في السماء وعلى نفس المسافة تقريبًا منا ومن ثم قررنا التحقق من خصائص تكوين النجوم لديهم. لقد توصلنا إلى استنتاج مفاده أن المجرات الـ 14 التي درسناها يمكن أن تتشكل على أساس المادة المظلمة. هناك عدة أسباب لذلك، أولاً، المجرات لا تلمس بعضها البعض، ويبدو أنها بعيدة تمامًا عن بعضها البعض، ولكنها مرتبة على طول خط مستقيم، وتبدو جميعها مثل المجرات الصغيرة - أي تلك التي تشكلت بعد وقت طويل من تكوين الكون (يبدو أن عمر بعضها أقل من 5 مليارات سنة والبعض الآخر يبلغ عمره 10 مليارات سنة على الأكثر)، وقد حدث لها تكوين النجوم في عشرات الملايين من السنين الأخيرة. " يقول الدكتور بروش.

هل هذه المجرات جزء من مجموعتنا المحلية؟

"هذه المجرات قريبة ولكنها ليست ضمن المجموعة المحلية، فهي تبعد حوالي 15 مليون سنة ضوئية. يمتد العنقود المحلي إلى حوالي 2 مليون بيرسيك أو 6 ملايين سنة ضوئية.

هذه الظاهرة، وهي تزامن تكوين النجوم في العديد من المجرات المجاورة، معروفة في علم الفلك ولكنها غالبًا ما تُعزى إلى تأثير مجرة ​​واحدة على رفيقتها بعد الاصطدام أو بفعل "قوة المد والجزر"؛ هذه تحفز موجة من تكوين النجوم. لكن معظم المجرات الـ 14 التي تمت دراستها لا تظهر أي علامات على وجود تفاعل قوي.

تشير الحسابات النظرية التي أجراها باحثون في الجامعة العبرية بقيادة البروفيسور أفيشاي ديكال، حول تطور أكبر هيكل في الكون، إلى وجود ظروف يمكن أن يتراكم فيها الغاز بين المجرات على هالات داكنة صغيرة دون تسخين إلى درجة حرارة ملايين الدرجات. يمكن للغاز "البارد" بين المجرات أن يتحول بشكل فعال إلى نجوم. وأظهرت حسابات نظرية أخرى أنه في عملية تكوين الهياكل الكبيرة في الكون، تتشكل مجموعات من المجرات (تركيزات مئات وآلاف المجرات في حجم يبلغ قطره حوالي 10 ملايين سنة ضوئية)، ومجرات في المجال حيث تكون كثافتها أقل مما هي عليه في العناقيد، وكذلك "الفضاءات الكونية" التي تكاد تخلو من المجرات. يوجد في هذه المساحات الضخمة عدد صغير من الهالات الداكنة الصغيرة، والتي يتم ترتيبها أحيانًا على طول "خيط". يمكن لخيط من المادة المظلمة أن يعمل كمركز للجاذبية ويسحب الغاز بين المجرات من البيئة إليه.

والمجرات التي درسها سيترين وبروش مرتبة على خط مستقيم لا يقل طوله عن مليون ونصف سنة ضوئية داخل منطقة تعرف باسم "الفضاء الكوني". جميعها من النوع الصغير والقزم، وأكبرها لا يتجاوز حوالي 15% من مجرتنا درب التبانة ومعظمها أصغر من ذلك بكثير. جميعهم تقريبًا يصنعون النجوم في الفترة الحالية. المجرات عبارة عن مجموعة من الهالات المظلمة التي يتم ترتيبها على طول خيط كوني من المادة المظلمة، ومن المحتمل أن يكون تكوين النجوم الحالي ناتجًا عن امتصاص الغاز بين المجرات بواسطة الخيط الكوني. إن القرب المتبقي من مجموعة المجرات هذه منا، حوالي XNUMX مليون سنة ضوئية فقط، يسمح بإجراء الأبحاث التي ستركز بشكل أكبر على تاريخ تكوين النجوم في كل مجرة ​​وتوضيح العلاقة بين طبيعة المادة المظلمة وطبيعة المجرات. نرى اليوم.

ما هو الغريب في الخلق الهائل للنجوم، بعد كل شيء، يتم إنشاء نجوم جديدة طوال الوقت من أجل الحليب؟

الدكتور نوح بروش: "عندما ترى أحداث تكوين النجوم الضخمة في مجرتين قريبتين، فإن ذلك يحدث بسبب تأثيرهما على بعضهما البعض، أي أن إحدى المجرات تمزق قطعًا من الأخرى بسبب قوة الجاذبية وتسقط هذه القطع على إحدى المجرتين". المجرات، وإذا كان هناك غاز فيها، فمن الممكن أن يصبح هذا الغاز للنجوم، ومع ذلك، لا توجد آلية معروفة تفسر لماذا تنتج العديد من المجرات - أكثر من عشر مجرات لا تمس بعضها البعض، نجومًا في نفس الوقت. مجرة درب التبانة هي مجرة ​​قديمة ومنظمة ويمكن تفسير تكوين النجوم فيها بسهولة. ومع ذلك، ليست كل المجرات في المجموعة المحلية تشكل نجومًا. بشكل عام، يعتبر العنقود المحلي أيضًا عبارة عن مجموعة غير متبلورة من المجرات وليست مرتبة في خط واحد.

فلماذا نقرر أنها تتكون من مادة مظلمة وليست مادة عادية؟

والتفسير الذي نقترحه هو أن هذه المجرات التي نراها تشكلت نتيجة لتراكم المادة المظلمة. المادة المظلمة تجذب الغاز من البيئة. ويتكثف هذا الغاز حتى يتمكن من تكوين النجوم وعندما تضيء النجوم نرى المجرات.

فهل كان التلسكوب الموجود في متسبيه رامون كافيا لهذه المهمة؟

"تم إجراء الملاحظات البصرية من متسبيه رامون ومن خلالها تمكنا من التعرف على خصائص تكوين النجوم في هذه المجرات. سنكون سعداء إذا كان لدينا تلسكوب أكبر لأنه يمكننا بعد ذلك القيام بعمل أكثر تفصيلاً مثل العثور على وفرة العناصر الثقيلة في هذه المجرات (الكربون والأكسجين) وبالتالي تحديد عمرها. ولهذا، هناك حاجة إلى تلسكوب كبير يبلغ طوله ثمانية أمتار."

في السنوات الأخيرة كان هناك زيادة في مجتمع علم الفلك، وقد قال البروفيسور حاجي نيتزر ذلك بشكل صريح، طلب الانضمام إلى أحد مشاريع التلسكوبات الكبيرة، ماذا حدث لهذا الطلب؟

الدكتور بروش: لو كان ذلك ممكنا لانضممنا. ونود الانضمام إلى المرصد الأوروبي الجنوبي الموجود في تشيلي. ليس لديهم فقط 4 تلسكوبات قطرها 8 أمتار تعمل معًا، بل يخططون أيضًا لتلسكوب يقترب قطره من 50 مترًا، لكننا سنكتفي بتلسكوب أصغر يتراوح بين 8 و10 أمتار يمكنه إمدادنا بـ 10-15 مترًا. سنين. لا يوجد تقدم في هذه القضية. وهذا يتطلب رؤية قادرة على تنفيذ ميزانيات لهذا الغرض، ويمكن أن ترى أن دولة إسرائيل ستستفيد، ليس فقط للمجتمع الصغير من علماء الفيزياء الفلكية، ولكن أيضًا للصناعة في إسرائيل، والتقدم العلمي بشكل عام، وما إلى ذلك. يلخص السرو.

رسم توضيحي: تظهر الصورة المجرات الـ 14 التي تمت دراستها في مرصد وايز، وكانت صورة كل مجرة ​​مكونة من ثلاث صور رقمية تم التقاطها من خلال مرشحات مختلفة. الألوان هي "الأزرق" و"الأحمر" واللون الخاص الذي ينبعث منه غاز الهيدروجين المتأين. يتم عرض المجرات الخمس الأضعف بشكل صناعي للتصور. وتمتد المنطقة السماوية التي تظهر فيها المجرات حوالي 6 درجات في السماء بينما يبلغ الحجم الظاهري لكل مجرة ​​حوالي دقيقة واحدة فقط من الزاوية، لذلك تم تكبير صور المجرات بشكل كبير لتسليط الضوء على التفاصيل داخل الشكل. يتم الحفاظ على الأحجام النسبية للمجرات تقريبًا، ولكن يتم تقليل المسافات بينها وبين بعضها البعض مع الحفاظ على موقعها المتبادل. كما تم تغيير نسب الألوان بين المجرات للحصول على تصور جيد. الخلفية التي تتكون عليها أشكال المجرات مصطنعة. وتجدر الإشارة إلى أن المجرات مرتبة على طول خط يمتد من الجزء السفلي الأيمن من الصورة إلى الجزء العلوي الأيسر. تبرز مناطق تشكل النجوم في كل مجرة ​​كنقاط متوهجة ذات ألوان حمراء.

أخبار ذات صلة على موقع المعرفة

• محاكاة لمجرة درب التبانة تشير إلى وجود تركيزات من المادة المظلمة داخل المجرة وحتى في محيط النظام الشمسي
• البروفيسور حجاي نيتزر: يجب أن تنضم إسرائيل إلى أحد أكبر المراصد في العالم