استخدم العلماء ملاحظات لأكثر من 3000 نجم زائف، اكتشفها مشروع SDSS (مسح سلون الرقمي للسماء)، لقياس بدقة غير مسبوقة التجمع الكوني لغاز الهيدروجين في مجموعات.
بيان صحفي نيابة عن SDSS
استخدم العلماء ملاحظات لأكثر من 3000 نجم زائف، اكتشفها مشروع SDSS (مسح سلون الرقمي للسماء)، لقياس بدقة غير مسبوقة التجمع الكوني لغاز الهيدروجين في مجموعات. وتبعد النجوم الزائفة المستخدمة في الدراسة، والتي يزيد عددها 100 مرة عن عدد النجوم الزائفة المستخدمة في دراسات مماثلة في الماضي، عنا ما بين ثمانية إلى عشرة مليارات سنة ضوئية، مما يجعلها أبعد الأجسام المعروفة لنا.
تمتص تراكمات الغاز بين الأرض والكوازارات الضوء من أطياف الكوازارات. يتيح امتصاص الضوء للباحثين رسم خريطة لتوزيع الغاز وقياس مدى تجمعه بمقاييس تصل إلى مليون سنة ضوئية. وقد تجيب درجة تجمع الغازات على أسئلة أساسية، مثل ما إذا كانت النيوترينوات لها كتلة وما هي طبيعة الطاقة المظلمة التي من المفترض أنها سبب التوسع المتسارع للكون.
وأوضح إيروس سيلجاك من جامعة برينستون وأحد الباحثين في SDSS: "لقد كان العلماء يدرسون مجموعات المجرات لفترة طويلة للتعرف على علم الكونيات". "ومع ذلك، فإن الفيزياء وراء تشكيل المجرات وتجمعاتها معقدة للغاية. وبما أن معظم الكتلة في الكون تتكون من مادة مظلمة، فإن عدم فهمنا للعلاقة بين توزيع المجرات (التي يمكننا رؤيتها) والمادة المظلمة (التي لا نستطيع رؤيتها، لكن النماذج الكونية تتنبأ بوجودها وسلوكها) يخلق ريبة." وتشير التقديرات إلى أن الغاز، الذي تم اكتشافه في أطياف الكوازارات، يتم توزيعه بطريقة مشابهة جدًا للمادة المظلمة، مما يساهم في تقليل عدم اليقين.
وقال ديفيد واينبرغ: "لقد عرفنا منذ عدة سنوات أن أطياف النجوم الزائفة هي أداة فريدة لدراسة توزيع المادة المظلمة في الكون المبكر، ولكن كمية ونوعية البيانات الواردة من SDSS جعلت الرؤية حقيقة". Weinberg) من جامعة ولاية أوهايو وعضو في فريق SDSS. "إنه لأمر مدهش كم يمكننا أن نتعلم عن بنية الكون قبل 10 مليارات سنة."
قام سيلياك وزملاؤه في SDSS بدمج تحليل البيانات من أطياف الكوازار مع قياسات تجمع المجرات، وغبار الجاذبية، والتموجات في إشعاع الخلفية الكونية، والتي تم قياسها بواسطة القمر الصناعي WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) التابع لناسا. أدى دمج المعلومات إلى إنتاج الصورة الأكثر دقة حتى الآن لمجموعات المادة في الكون على مسافات تتراوح بين مليون سنة ضوئية وعدة مليارات سنة ضوئية. يسمح البحث الشامل بإجراء مقارنات دقيقة بين المعلومات والنماذج النظرية لتاريخ وتكوين الكون.
"هذا هو الاختبار الأكثر قسوة حتى الآن لتنبؤات النموذج الكوني التضخمي. وأضاف سيليك: "لقد نجح النموذج في تجاوزه بنجاح كبير".
يرى نموذج توسع الكون أنه بعد الانفجار الأعظم مباشرة مر الكون بفترة من التسارع السريع للغاية، تحولت خلالها تقلبات طفيفة في الكثافة إلى طيات ذات أحجام فلكية في الفضاء، طيات يمكن رؤية بصماتها في مجموعات من الأجسام الفلكية . تتنبأ نظرية الكون المتوسع بوجود اعتماد معين بين درجة التجمع والمقياس الذي يتم النظر فيه. ويدعم البحث الجديد توقعات النظرية. السيناريوهات الأخرى المتعلقة بالكون، مثل نظرية الكون الدوري، تقدم تنبؤات مشابهة جدًا، كما أنها تتفق مع النتائج الأخيرة.
أشارت التحليلات الأولية التي أجراها فريق WMAP وآخرون إلى انحرافات العناقيد الكونية عن تنبؤات نموذج الكون المتوسع. إذا كانت هذه الانحرافات موجودة بالفعل، فسيكون من الضروري حدوث تحول جدي في النموذج الحالي للمنشأ والبنية في الكون.
وقال باتريك ماكدونالد (ماكدونالد) من جامعة برينستون وأحد مؤلفي الدراسة: "إن البيانات الجديدة وتحليلها تعمل بشكل كبير على تحسين دقة المراقبة لاختبار تنبؤات نموذج التورم". "إن النتائج الجديدة تتوافق تقريبًا تمامًا مع تنبؤات النموذج المتوسع."
"إن تجميع المادة هو اختبار دقيق وقوي للنماذج الكونية، والدراسة الحالية تتسق مع الدراسات السابقة وتوسعها"، كما وافق أدريان بوب من جامعة جونز هوبكنز، الذي قاد فريقًا أجرى تحليلًا سابقًا لتجمع المجرات في SDSS .
كما يوفر التحليل الجديد أفضل المعلومات حول كتلة النيوترينو. أظهرت التجارب التي أجريت على الأرض، والتي أدت في عام 2002 إلى حصولنا على جائزة نوبل في الفيزياء، بما لا يدع مجالاً للشك أن النيوترينوات لها كتلة، لكن هذه التجارب لم تتمكن إلا من قياس الفرق في الكتل بين الأنواع الثلاثة المعروفة من النيوترينوات. يؤثر وجود النيوترينوات على التجمعات الكونية سنويًا على مقياس ملايين السنين الضوئية، وهو بالضبط المقياس الذي تسلط عليه الأبحاث حول أطياف النجوم الزائفة الضوء.
ووفقا للدراسة الجديدة، فإن كتلة النيوترينو الأخف وزنا أقل من ضعف آخر فرق كتلة تم قياسه. ويستبعد القياس الجديد أيضًا إمكانية وجود عائلة أخرى من جسيمات النيوترينو، وهو ما اقترحته بعض التجارب على الأرض.
وقال لام هوي من مختبر فيرمي الوطني للمسرع التابع لوزارة الطاقة الأمريكية: "علم الكونيات، وهو علم الهياكل الأكبر، يمكن أن يخبرنا عن خصائص الجسيمات الأولية مثل النيوترينوات". أجرى هوي تحليلًا منفصلاً للبيانات مع سكوت بيرلز (بيرلز) من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وعلماء آخرين.
بالإضافة إلى ذلك، يقدم البحث الجديد دعمًا إضافيًا لوجود الطاقة المظلمة وحقيقة أنها ثابتة مع الزمن. يضع البحث أفضل القيود حتى الآن على تطور الطاقة المظلمة مع مرور الوقت.
وقال أليكسي ماكاروف من جامعة برينستون، والذي يعمل أيضًا في جامعة برينستون: "لم يتم العثور على دليل على وجود طاقة مظلمة تتغير بمرور الوقت، لذا فإن احتمال تفكك الكون في المستقبل في التمزق الكبير انخفض بشكل كبير بعد الدراسة الجديدة". شارك في الدراسة.
ترجمة: ديكلا أورين
