استخدم الباحثون ALMA للكشف عن توزيع المادة المظلمة على مقاييس أصغر من المجرات الضخمة. هذه الملاحظة التاريخية لتقلبات المادة المظلمة على نطاق 30 ألف سنة ضوئية تدعم نموذج المادة المظلمة الباردة وتوفر معلومات مهمة عن بنية الكون.
تكشف الملاحظات الرائدة عن تقلبات في المادة المظلمة تحت مستوى المجرات، مما يؤكد النظريات حول المادة المظلمة الباردة ويقدم رؤى جديدة حول تكوين الكون.
اكتشف فريق بحث بقيادة البروفيسور كايكي تارو إينوي من جامعة كينداي (أوساكا، اليابان) تقلبات في توزيع المادة المظلمة في الكون على مقاييس أصغر من المجرات الضخمة باستخدام مقياس التداخل، وهو أقوى جهاز راديو في العالم، وهو جهاز أتاكاما المليمتري الكبير/تحت المليمتر. مجموعة مصفوفة (ألما)، وتقع في جمهورية تشيلي.
هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف التقلبات المكانية للمادة المظلمة في الكون البعيد على مقياس 30 ألف سنة ضوئية. وتبين هذه النتيجة أن المادة المظلمة الباردة[1] يُفضل هذا حتى في المقاييس الأصغر من المجرات الضخمة، ويُعد خطوة مهمة نحو فهم الطبيعة الحقيقية للمادة المظلمة. سيتم نشر المقال في ال مجلة الفيزياء الفلكية.
الشكل 1. الكشف عن تقلبات المادة المظلمة. يشير اللون البرتقالي الأكثر إشراقًا إلى المناطق ذات كثافة المادة المظلمة العالية ويشير اللون البرتقالي الغامق إلى المناطق ذات كثافة المادة المظلمة المنخفضة. يمثل اللونان الأبيض والأزرق الأجسام ذات العدسات الجاذبية التي رصدتها ALMA. المصدر: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)، KT Inoue وآخرون.
النقاط الرئيسية
- المراقبة بواسطة أحد أكبر مقاييس تداخل الموجات الراديوية في العالم، ALMA، وهو مشروع دولي.
- أول اكتشاف لتقلبات المادة المظلمة في الكون على مقاييس أصغر من 30 ألف سنة ضوئية.
- خطوة مهمة نحو توضيح الطبيعة الحقيقية للمادة المظلمة.
يكتشف ALMA تقلبات صغيرة النطاق في توزيع المادة المظلمة
يُعتقد أن المادة المظلمة، وهي المادة غير المرئية التي تشكل جزءًا كبيرًا من كتلة الكون، تلعب دورًا مهمًا في تكوين الهياكل مثل النجوم والمجرات.[2] وبما أن المادة المظلمة ليست موزعة بشكل موحد في الفضاء ولكنها موزعة في مجموعات، فإن جاذبيتها يمكن أن تغير مسار الضوء قليلاً (بما في ذلك موجات الراديو) من مصادر الضوء البعيدة. أظهرت ملاحظات هذا التأثير (عدسة الجاذبية) أن المادة المظلمة ترتبط بالمجرات وعناقيد المجرات الضخمة نسبيًا، لكن من غير الواضح كيف يتم توزيعها على نطاقات أصغر.
وقرر فريق البحث استخدام ALMA لرصد جسم يقع على مسافة 11 مليار سنة ضوئية من الأرض. الجسم عبارة عن كوازار ذو عدسة،[3] MGJ0414+0534[4] (المشار إليه فيما يلي باسم “هذا الكوازار”).
يبدو أن هذا الكوازار لديه صورة رباعية بسبب عدسة الجاذبية من المجرة الأمامية. ومع ذلك، فإن مواضع وأشكال هذه الصور الظاهرة تختلف عن تلك المحسوبة فقط من عدسة الجاذبية للمجرة الأمامية، مما يشير إلى أن عدسة الجاذبية لتوزيع المادة باللون الأسود على مقاييس أصغر من المجرات الضخمة هي التي تعمل.
الشكل 2: رسم تخطيطي مفاهيمي لنظام عدسة الجاذبية MG J0414+0534. يشير الجسم الموجود في وسط الصورة إلى مجرة العدسة. اللون البرتقالي يظهر المادة المظلمة في الفضاء بين المجرات واللون الأصفر الشاحب يشير إلى المادة المظلمة في مجرة العدسة. الائتمان: NAOJ، KT Inoue
وقد وجد أن هناك تقلبات مكانية في كثافة المادة المظلمة حتى على مقياس حوالي 30 ألف سنة ضوئية، وهو أقل بكثير من المقياس الكوني (عدة عشرات المليارات من السنين الضوئية). تتوافق هذه النتيجة مع التنبؤ النظري للمادة المظلمة الباردة، والذي يتنبأ بأن مجموعات المادة المظلمة لا تتواجد فقط في المجرات (اللون الأصفر الشاحب في الشكل 2)، ولكن أيضًا في الفضاء بين المجرات (البرتقالي في الشكل 2).
إن تأثيرات عدسة الجاذبية الناتجة عن مجموعات المادة المظلمة المكتشفة في هذه الدراسة ضعيفة للغاية بحيث يصعب للغاية اكتشافها بمفردها. ومع ذلك، بفضل تأثير عدسة الجاذبية الناجم عن المجرة الأمامية والدقة العالية لـ ALMA، تمكنا من اكتشاف هذه التأثيرات لأول مرة. ولذلك يشكل هذا البحث خطوة مهمة في التحقق من نظرية المادة المظلمة وتوضيح طبيعتها الحقيقية.
تم تقديم هذا البحث في مقال بعنوان “قياس ALMA لأطياف قدرة العدسة بمقياس 10 كيلو فرسخ فلكي للكوازار المُعدس MG J0414+0534” بقلم KT Inoue et al. في ال مجلة الفيزياء الفلكية.
ملاحظات
- المادة المظلمة الباردة
مع توسع الكون، تنخفض كثافة المادة، وبالتالي لن تواجه جسيمات المادة المظلمة (المادة غير المرئية للضوء) جسيمات أخرى وستكون لها حركة مستقلة مختلفة عن حركة المادة العادية. في هذه الحالة، تسمى جسيمات المادة المظلمة التي تتحرك بسرعة أقل بكثير من سرعة الضوء مقارنة بالمادة العادية بالمادة المظلمة الباردة. ونظرًا لسرعته المنخفضة، فإنه ليس لديه القدرة على محو الهياكل واسعة النطاق من الكون. - تشكيل البنية في الكون
في بدايات الكون، يُعتقد أن النجوم والمجرات قد تشكلت من خلال النمو الثقالي لتقلبات كثافة المادة المظلمة ومن خلال تجميع الهيدروجين والهيليوم المنجذب إلى مجموعات المادة المظلمة. لا يزال توزيع المادة المظلمة على مقاييس أصغر من المجرات الضخمة غير معروف. - كوازار
الكوازار هو المنطقة المركزية المدمجة للمجرة التي تنبعث منها ضوء ساطع للغاية. تحتوي المنطقة المدمجة والمناطق المحيطة بها على كمية كبيرة من الغبار الذي ينبعث منها موجات الراديو. - MGJ0414+0534
يقع MG J0414+0534 في اتجاه كوكبة الثور كما يُرى من الأرض. الانزياح الأحمر (الزيادة في الطول الموجي للضوء مقسومًا على الطول الموجي الأصلي) لهذا الكائن هو z = 2.639. وتقدر المسافة المقابلة بـ 11 مليار سنة ضوئية، مع الأخذ في الاعتبار عدم اليقين في المعلمات الكونية.
المرجع: “قياس ALMA لأطياف قوة العدسة بمقياس 10 كيلو فرسخ فلكي تجاه الكوازار ذو العدسة MG J0414 + 0534” بقلم كايكي تارو إينو، وتاكيو مينيزاكي، وساتوكي ماتسوشيتا، وكويشيرو ناكانيشي، 7 سبتمبر 2023، مجلة الفيزياء الفلكية.
دوى: 10.3847/1538-4357/aceb5f
تم دعم هذا العمل من خلال منحة مساعدة للبحث العلمي من الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم (رقم 17H02868، 19K03937)، المرصد الفلكي الوطني لليابان، مشروع البحث العلمي المشترك ALMA 2018-07A، نفس بحث ALMA JAPAN مشروع. صندوق NAOJ-ALMA-256 وتايوان MoST 103-2112-M-001-032-MY3، 106-2112-M-001-011، 107-2119-M-001-020، 107-2119-M-001-020 .
