تشير الملاحظات إلى عنصر مفقود في الوصفة الكونية

تُظهر صورة تلسكوب هابل الفضائي مجموعة المجرات الضخمة MACS J1206. مضمنة داخل الكتلة هي الصور المشوهة لمجرات الخلفية البعيدة ، والتي ينظر إليها على أنها أقواس وميزات ملطخة. تحدث هذه التشوهات بسبب كمية المادة المظلمة في العنقود ، والتي تنحني جاذبيتها وتضخم الضوء القادم من المجرات البعيدة. هذا التأثير ، المسمى بعدسة الجاذبية ، يسمح لعلماء الفلك بدراسة المجرات البعيدة التي لولاها ستكون خافتة للغاية بحيث لا يمكن رؤيتها. العديد من المجرات العنقودية ضخمة وكثيفة بما يكفي لتشويه وتضخيم المصادر البعيدة. تمثل المجرات في السحب الثلاثة أمثلة على هذه التأثيرات. في اللقطات الموجودة في أعلى اليمين والأسفل ، هناك مجرتان أزرقتان بعيدتان بعدساتهما عنقود مجرات المجموعة الحمراء ، وتشكل حلقات وصور متعددة للأجسام البعيدة. تشير النقط الحمراء حول المجرة في أعلى اليسار إلى انبعاث من سحب الهيدروجين في مصدر واحد بعيد. قد يكون المصدر ، الذي شوهد أربع مرات بسبب العدسة ، مجرة ​​باهتة. تم اكتشاف هذه النقط بواسطة المستكشف الطيفي متعدد الوحدات (MUSE) في المرصد الأوروبي الجنوبي الكبير جدًا (VLT) في تشيلي. لا تظهر النقاط في صور هابل. يعد MACS J1206 جزءًا من مسح Cluster Lensing و Supernova مع Hubble (CLASH) وهو واحد من ثلاث مجموعات مجرية درسها الباحثون باستخدام Hubble و VLT. صورة هابل هي مزيج من الملاحظات المرئية والأشعة تحت الحمراء التي تم التقاطها في عام 2011 بواسطة الكاميرا المتقدمة للاستطلاعات وكاميرا المجال الواسع 3.
الائتمان: ناسا ، وكالة الفضاء الأوروبية ، ب. ناتاراجان (جامعة ييل) ، ج. كامينها (جامعة جرونينجن) ، إم مينغيتي (مرصد INAF للفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء في بولونيا) ، فرق CLASH-VLT / Zooming ؛ إقرار: NASA و ESA و M. Postman (STScI) وفريق CLASH

اكتشف علماء الفلك أنه قد يكون هناك عنصر مفقود في وصفتنا الكونية لكيفية تصرف المادة المظلمة.

كشف علماء الفلك عن تناقض بين النماذج النظرية لكيفية توزيع المادة المظلمة في عناقيد المجرات ، ومشاهدات سيطرة المادة المظلمة على العناقيد.

المادة المظلمة لا تبعث الضوء أو تمتصه أو تعكسه. لا يُعرف وجودها إلا من خلال جاذبيتها على المادة المرئية في الفضاء. لذلك ، تظل المادة المظلمة بعيدة المنال مثل قطة شيشاير في أليس في بلاد العجائب – حيث ترى ابتسامتها فقط (في شكل الجاذبية) ولكن ليس الحيوان نفسه.

تتمثل إحدى الطرق التي يمكن لعلماء الفلك في اكتشاف المادة المظلمة بها عن طريق قياس كيفية تشويه جاذبيتها للفضاء ، وهو تأثير يسمى عدسة الجاذبية.

وجد الباحثون أن التركيزات الصغيرة من المادة المظلمة في التجمعات تنتج تأثيرات عدسات جاذبية أقوى بعشر مرات مما كان متوقعًا. يستند هذا الدليل إلى ملاحظات تفصيلية غير مسبوقة للعديد من مجموعات المجرات الضخمة ناسا‘س تلسكوب هابل الفضائي والمرصد الأوروبي الجنوبي تلسكوب كبير جدا (VLT) في تشيلي.

https://www.youtube.com/watch؟v=JAO3sXQE5V4
يبدو أن علماء الفلك قد كشفوا عن تفاصيل محيرة في الطريقة التي تتصرف بها المادة المظلمة. ووجدوا تركيزات صغيرة وكثيفة من المادة المظلمة تنحني وتضخم الضوء بقوة أكبر بكثير مما كان متوقعًا. الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا

عناقيد المجرات ، أكبر الهياكل في الكون المكونة من مجرات فردية ، هي أكبر مستودعات المادة المظلمة. لا يقتصر الأمر على أنها مرتبطة ببعضها البعض إلى حد كبير بفعل جاذبية المادة المظلمة ، بل إن المجرات العنقودية الفردية نفسها مليئة بالمادة المظلمة. لذلك فإن المادة المظلمة في مجموعات تتوزع على كل من المقاييس الكبيرة والصغيرة.

قال ماسيمو مينغيتي من المعهد الوطني للفيزياء الفلكية – مرصد الفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء: “مجموعات المجرات هي مختبرات مثالية لفهم ما إذا كانت المحاكاة الحاسوبية للكون تعيد إنتاج ما يمكننا استنتاجه عن المادة المظلمة وتفاعلها مع المادة المضيئة”. بولونيا في إيطاليا ، المؤلف الرئيسي للدراسة.

“لقد أجرينا الكثير من الاختبارات الدقيقة في مقارنة عمليات المحاكاة والبيانات في هذه الدراسة ، واستمر اكتشافنا لعدم التطابق” ، تابع مينغيتي. “أحد الأسباب المحتملة لهذا التناقض هو أننا قد نفتقد بعض الفيزياء الأساسية في عمليات المحاكاة.”

بريامفادا ناتاراجان جامعة ييل في نيو هافن ، كونيتيكت ، أضاف أحد كبار المنظرين في الفريق ، “هناك سمة للكون الحقيقي لا نلتقطها ببساطة في نماذجنا النظرية الحالية. قد يشير هذا إلى وجود فجوة في فهمنا الحالي لطبيعة المادة المظلمة وخصائصها ، حيث سمحت لنا هذه البيانات الرائعة بسبر التوزيع التفصيلي للمادة المظلمة على أصغر المقاييس. “

ستظهر ورقة الفريق في عدد 11 سبتمبر من المجلة علم.

يتم تعيين توزيع المادة المظلمة في مجموعات من خلال انحناء الضوء ، أو تأثير عدسة الجاذبية التي تنتجها. تعمل جاذبية المادة المظلمة على تضخيم الضوء من الأجسام الخلفية البعيدة وتشوهها ، تمامًا مثل مرآة المرح ، مما ينتج عنه تشوهات وأحيانًا صور متعددة لنفس المجرة البعيدة. كلما زاد تركيز المادة المظلمة في العنقود ، كلما كان انحناء الضوء أكثر دراماتيكية.

ساعدت صور هابل الواضحة ، إلى جانب الأطياف من VLT ، الفريق في إنتاج خريطة دقيقة وعالية الدقة للمادة المظلمة. لقد حددوا العشرات من المجرات الخلفية المصوّرة والمعدسة. من خلال قياس تشوهات العدسة ، يمكن لعلماء الفلك تتبع كمية وتوزيع المادة المظلمة.

كانت مجموعات المجرات الرئيسية الثلاثة المستخدمة في التحليل ، MACS J1206.2-0847 ، MACS J0416.1-2403 ، و Abell S1063 ، جزءًا من مسحين هابل: الحقول الحدودية ومسح العدسة العنقودية والمستعر الأعظم باستخدام هابل (كلاش) البرامج.

ولدهشة الفريق ، كشفت صور هابل أيضًا عن أقواس أصغر حجمًا وصورًا مشوهة متداخلة داخل تشوهات العدسة واسعة النطاق في قلب كل مجموعة ، حيث توجد أكبر المجرات الضخمة.

يعتقد الباحثون أن العدسات المضمنة تنتج عن جاذبية التراكيز الكثيفة للمادة المظلمة المرتبطة بالمجرات العنقودية الفردية. من المعروف أن توزيع المادة المظلمة في المناطق الداخلية للمجرات الفردية يعزز من تأثير العدسة الكلي للعنقود.

متابعة الأرصاد الطيفية التي تمت إضافتها إلى الدراسة عن طريق قياس سرعة النجوم التي تدور داخل عدة مجرات عنقودية. قال عضو الفريق بييرو روساتي من جامعة فيرارا في إيطاليا: “بناءً على دراستنا الطيفية ، تمكنا من ربط المجرات بكل عنقود وتقدير مسافاتها”.

وأضاف عضو الفريق بيترو بيرغاميني من مرصد INAF للفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء في بولونيا بإيطاليا: “أعطتنا سرعة النجوم تقديرًا لكتلة كل مجرة ​​على حدة ، بما في ذلك كمية المادة المظلمة”.

قارن الفريق خرائط المادة المظلمة بعينات من مجموعات المجرات المحاكاة ذات الكتل المتشابهة ، والموجودة على نفس المسافات تقريبًا مثل العناقيد المرصودة. لم تُظهر المجموعات في عمليات المحاكاة الحاسوبية نفس مستوى تركيز المادة المظلمة على أصغر المقاييس – المقاييس المرتبطة بالمجرات العنقودية الفردية كما يُرى في الكون.

يتطلع الفريق إلى مواصلة اختبار الإجهاد لنموذج المادة المظلمة القياسي لتحديد طبيعته المثيرة للاهتمام.

سيكتشف تلسكوب نانسي جريس الفضائي الروماني المخطط له من ناسا المزيد من المجرات البعيدة من خلال عدسات الجاذبية بواسطة مجموعات المجرات الضخمة. ستعمل الملاحظات على تكبير عينة الحشود التي يمكن لعلماء الفلك تحليلها لمزيد من الاختبار لنماذج المادة المظلمة.

المرجع: “لوحظ وجود فائض في عدسات الجاذبية صغيرة الحجم في مجموعات المجرات” بقلم ماسيمو مينغيتي ، وجويدو دافولي ، وبيترو بيرغاميني ، وبييرو روساتي ، وبريامفادا ناتاراجان ، وكارلو جيوكولي ، وغابرييل ب. كامينيا ، ور. ، Francesco Calura، Claudio Grillo، Amata Mercurio and Eros Vanzella، 11 September 2020، Science.
DOI: 10.1126 / science.aax5164

تلسكوب هابل الفضائي هو مشروع تعاون دولي بين وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية (وكالة الفضاء الأوروبية). يدير التلسكوب مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند. يجري معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) في بالتيمور عمليات علوم هابل. يتم تشغيل STScI لصالح وكالة ناسا من قبل اتحاد الجامعات لأبحاث علم الفلك في واشنطن العاصمة