31 يناير 2024
(أخبار Nanowerkعلى مدى العام ونصف العام الماضيين، قدم تلسكوب جيمس ويب الفضائي صورًا مذهلة لمجرات بعيدة تشكلت بعد وقت قصير من الانفجار الكبير، مما أعطى العلماء لمحاتهم الأولى عن الكون الوليد. الآن، قامت مجموعة من علماء الفيزياء الفلكية برفع مستوى التحدي: العثور على أصغر المجرات وأكثرها سطوعًا بالقرب من بداية الزمن نفسه، وإلا سيتعين على العلماء إعادة التفكير تمامًا في نظرياتهم حول المادة المظلمة. أجرى الفريق، بقيادة علماء الفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا، عمليات محاكاة لتتبع تكوين المجرات الصغيرة بعد الانفجار الكبير، وتضمنت، لأول مرة، تفاعلات مهملة سابقًا بين الغاز والمادة المظلمة. ووجدوا أن المجرات التي تم إنشاؤها صغيرة جدًا، وأكثر سطوعًا، وتتشكل بسرعة أكبر مما تفعله في عمليات المحاكاة النموذجية التي لا تأخذ هذه التفاعلات في الاعتبار، وبدلاً من ذلك تكشف عن مجرات أكثر خفوتًا.
يُعتقد أن المجرات الأولى تشكلت نتيجة لجذب المادة المظلمة، والتي كان من المستحيل دراستها بشكل مباشر، ببطء ما يكفي من الهيدروجين والهيليوم لإشعال النجوم.
لكن الأبحاث الجديدة التي أجراها علماء الفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس تظهر أنه بعد الانفجار الكبير، ارتد غاز الهيدروجين والهيليوم بسرعات تفوق سرعة الصوت من كتل كثيفة تتحرك ببطء من المادة المظلمة الباردة. وعندما تراجع الغاز مرة أخرى بعد آلاف السنين، تشكلت النجوم دفعة واحدة، مكونة مجرات صغيرة مشرقة بشكل استثنائي.
إذا كانت نماذج المادة المظلمة الباردة صحيحة، فمن المفترض أن يتمكن تلسكوب جيمس ويب الفضائي من العثور على بقع من المجرات الساطعة في الكون المبكر، مما قد يقدم أول اختبار فعال للنظريات حول المادة المظلمة. إذا لم يحدث ذلك، فسيتعين على العلماء العودة إلى لوحة الرسم فيما يتعلق بالمادة المظلمة.
مركب من خماسية ستيفان، وهي مجموعة مرئية من خمس مجرات، تم إنشاؤها من حوالي 1,000 ملف صور منفصل من تلسكوب جيمس ويب الفضائي. يعتقد علماء الفيزياء الفلكية بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس أنه إذا كانت نظريات المادة المظلمة الباردة صحيحة، فيجب أن يكتشف تلسكوب ويب مجرات صغيرة ومشرقة من الكون المبكر. (الصورة: وكالة ناسا) توجد المجرات الصغيرة، والتي تسمى أيضًا المجرات القزمة، في جميع أنحاء الكون، ويُعتقد غالبًا أنها تمثل النوع الأقدم من المجرات. وبالتالي فإن المجرات الصغيرة مثيرة للاهتمام بشكل خاص للعلماء الذين يدرسون أصول الكون. لكن المجرات الصغيرة التي يجدونها لا تتطابق دائمًا مع ما يعتقدون أنه يجب عليهم العثور عليه. أما تلك الأقرب إلى درب التبانة فهي تدور بشكل أسرع أو أنها ليست كثيفة كما هو الحال في عمليات المحاكاة، مما يشير إلى أن النماذج ربما حذفت شيئًا ما، مثل تفاعلات المادة المظلمة بين الغاز. البحث الجديد الذي نشر في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية ("مشروع الأسرع من الصوت: إضاءة النهاية الخافتة لوظيفة لمعان الأشعة فوق البنفسجية لـ JWST") ، قام بتحسين عمليات المحاكاة عن طريق إضافة تفاعلات المادة المظلمة مع الغاز، ووجد أن هذه المجرات الخافتة ربما كانت أكثر سطوعًا مما كان متوقعًا في وقت مبكر من تاريخ الكون، عندما كانت في بداية تشكلها. يقترح المؤلفون على العلماء أن يحاولوا العثور على مجرات صغيرة أكثر سطوعًا من المتوقع باستخدام التلسكوبات مثل تلسكوب ويب. إذا وجدوا فقط تلك الخافتة، فقد تكون بعض أفكارهم حول المادة المظلمة خاطئة.
المادة المظلمة هي نوع من المادة الافتراضية التي لا تتفاعل مع الكهرومغناطيسية أو الضوء. وبالتالي، من المستحيل المراقبة باستخدام البصريات أو الكهرباء أو المغناطيسية. لكن المادة المظلمة تتفاعل مع الجاذبية، وقد تم الاستدلال على وجودها من تأثيرات الجاذبية التي تحدثها على المادة العادية، وهي المادة التي تشكل الكون المرئي بأكمله. على الرغم من أنه يُعتقد أن 84% من المادة الموجودة في الكون مكونة من مادة مظلمة، إلا أنه لم يتم اكتشافها بشكل مباشر أبدًا.
جميع المجرات محاطة بهالة واسعة من المادة المظلمة، ويعتقد العلماء أن المادة المظلمة كانت ضرورية لتكوينها. يصف "النموذج الكوني القياسي" الذي يستخدمه علماء الفيزياء الفلكية لفهم تكوين المجرات كيف قامت كتل المادة المظلمة في الكون المبكر جدًا بجذب المادة العادية من خلال الجاذبية، مما تسبب في تكوين النجوم وإنشاء المجرات التي نراها اليوم. نظرًا لأنه يُعتقد أن معظم جسيمات المادة المظلمة - والتي تسمى المادة المظلمة الباردة - تتحرك بشكل أبطأ بكثير من سرعة الضوء، فإن عملية التراكم هذه ستحدث تدريجيًا.
ولكن منذ أكثر من 13 مليار سنة، قبل تكوين المجرات الأولى، كانت المادة العادية، المكونة من غاز الهيدروجين والهيليوم من الانفجار الكبير، والمادة المظلمة، تتحرك بالنسبة لبعضها البعض. تدفق الغاز بسرعات تفوق سرعة الصوت عبر غابات كثيفة من المادة المظلمة التي تتحرك ببطء أكبر والتي كان من المفترض أن تسحبها لتشكل المجرات.
قالت كلير ويليامز، طالبة الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا والمؤلفة الأولى للدراسة: "في الواقع، في النماذج التي لا تأخذ التدفق في الاعتبار، هذا هو بالضبط ما يحدث". "ينجذب الغاز إلى جاذبية المادة المظلمة، ويشكل كتلًا وعقدًا كثيفة جدًا بحيث يمكن أن يحدث اندماج الهيدروجين، وبالتالي يشكل نجومًا مثل شمسنا." لكن ويليامز والمؤلفون المشاركون في فريق مشروع الأسرع من الصوت، وهو مجموعة من علماء الفيزياء الفلكية من الولايات المتحدة وإيطاليا واليابان بقيادة سمادار ناوز، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك بجامعة كاليفورنيا، وجدوا أنهم إذا أضافوا تأثير التدفق للسرعات المختلفة بين المادة المظلمة والعادية إلى وفي عمليات المحاكاة، هبط الغاز بعيدًا عن المادة المظلمة، وتم منعه من تكوين النجوم على الفور. وعندما عاد الغاز المتراكم إلى المجرة بعد ملايين السنين، حدث انفجار هائل لتشكل النجوم دفعة واحدة. نظرًا لأن هذه المجرات كانت تحتوي على عدد أكبر من النجوم الشابة والساخنة والمضيئة أكثر من المجرات الصغيرة العادية لفترة من الوقت، فقد أشرقت أكثر سطوعًا.
وقال ويليامز: "بينما أدى التدفق إلى قمع تكوين النجوم في أصغر المجرات، فقد عزز أيضًا تكوين النجوم في المجرات القزمة، مما جعلها تتفوق على البقع غير المتدفقة في الكون". "نتوقع أن يتمكن تلسكوب ويب من العثور على مناطق في الكون تكون فيها المجرات أكثر سطوعًا، ومتزايدة بهذه السرعة. وحقيقة أنها يجب أن تكون مشرقة جدًا قد تسهل على التلسكوب اكتشاف هذه المجرات الصغيرة، والتي عادة ما يكون من الصعب للغاية اكتشافها بعد 375 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير. ونظرًا لأنه من المستحيل دراسة المادة المظلمة بشكل مباشر، فإن البحث عن بقع مشرقة من المجرات في بداية الكون يمكن أن يقدم اختبارًا فعالًا للنظريات حول المادة المظلمة، والتي لم تكن مثمرة حتى الآن.
"إن اكتشاف بقع من المجرات الصغيرة اللامعة في الكون المبكر سيؤكد أننا نسير على الطريق الصحيح مع نموذج المادة المظلمة الباردة لأن السرعة بين نوعين من المادة فقط هي التي يمكنها إنتاج نوع المجرة التي نبحث عنها، قال ناوز، أستاذ هوارد وأستريد بريستون للفيزياء الفلكية.
الوجبات السريعة الرئيسية
مركب من خماسية ستيفان، وهي مجموعة مرئية من خمس مجرات، تم إنشاؤها من حوالي 1,000 ملف صور منفصل من تلسكوب جيمس ويب الفضائي. يعتقد علماء الفيزياء الفلكية بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس أنه إذا كانت نظريات المادة المظلمة الباردة صحيحة، فيجب أن يكتشف تلسكوب ويب مجرات صغيرة ومشرقة من الكون المبكر. (الصورة: وكالة ناسا) توجد المجرات الصغيرة، والتي تسمى أيضًا المجرات القزمة، في جميع أنحاء الكون، ويُعتقد غالبًا أنها تمثل النوع الأقدم من المجرات. وبالتالي فإن المجرات الصغيرة مثيرة للاهتمام بشكل خاص للعلماء الذين يدرسون أصول الكون. لكن المجرات الصغيرة التي يجدونها لا تتطابق دائمًا مع ما يعتقدون أنه يجب عليهم العثور عليه. أما تلك الأقرب إلى درب التبانة فهي تدور بشكل أسرع أو أنها ليست كثيفة كما هو الحال في عمليات المحاكاة، مما يشير إلى أن النماذج ربما حذفت شيئًا ما، مثل تفاعلات المادة المظلمة بين الغاز. البحث الجديد الذي نشر في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية ("مشروع الأسرع من الصوت: إضاءة النهاية الخافتة لوظيفة لمعان الأشعة فوق البنفسجية لـ JWST") ، قام بتحسين عمليات المحاكاة عن طريق إضافة تفاعلات المادة المظلمة مع الغاز، ووجد أن هذه المجرات الخافتة ربما كانت أكثر سطوعًا مما كان متوقعًا في وقت مبكر من تاريخ الكون، عندما كانت في بداية تشكلها. يقترح المؤلفون على العلماء أن يحاولوا العثور على مجرات صغيرة أكثر سطوعًا من المتوقع باستخدام التلسكوبات مثل تلسكوب ويب. إذا وجدوا فقط تلك الخافتة، فقد تكون بعض أفكارهم حول المادة المظلمة خاطئة.
المادة المظلمة هي نوع من المادة الافتراضية التي لا تتفاعل مع الكهرومغناطيسية أو الضوء. وبالتالي، من المستحيل المراقبة باستخدام البصريات أو الكهرباء أو المغناطيسية. لكن المادة المظلمة تتفاعل مع الجاذبية، وقد تم الاستدلال على وجودها من تأثيرات الجاذبية التي تحدثها على المادة العادية، وهي المادة التي تشكل الكون المرئي بأكمله. على الرغم من أنه يُعتقد أن 84% من المادة الموجودة في الكون مكونة من مادة مظلمة، إلا أنه لم يتم اكتشافها بشكل مباشر أبدًا.
جميع المجرات محاطة بهالة واسعة من المادة المظلمة، ويعتقد العلماء أن المادة المظلمة كانت ضرورية لتكوينها. يصف "النموذج الكوني القياسي" الذي يستخدمه علماء الفيزياء الفلكية لفهم تكوين المجرات كيف قامت كتل المادة المظلمة في الكون المبكر جدًا بجذب المادة العادية من خلال الجاذبية، مما تسبب في تكوين النجوم وإنشاء المجرات التي نراها اليوم. نظرًا لأنه يُعتقد أن معظم جسيمات المادة المظلمة - والتي تسمى المادة المظلمة الباردة - تتحرك بشكل أبطأ بكثير من سرعة الضوء، فإن عملية التراكم هذه ستحدث تدريجيًا.
ولكن منذ أكثر من 13 مليار سنة، قبل تكوين المجرات الأولى، كانت المادة العادية، المكونة من غاز الهيدروجين والهيليوم من الانفجار الكبير، والمادة المظلمة، تتحرك بالنسبة لبعضها البعض. تدفق الغاز بسرعات تفوق سرعة الصوت عبر غابات كثيفة من المادة المظلمة التي تتحرك ببطء أكبر والتي كان من المفترض أن تسحبها لتشكل المجرات.
قالت كلير ويليامز، طالبة الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا والمؤلفة الأولى للدراسة: "في الواقع، في النماذج التي لا تأخذ التدفق في الاعتبار، هذا هو بالضبط ما يحدث". "ينجذب الغاز إلى جاذبية المادة المظلمة، ويشكل كتلًا وعقدًا كثيفة جدًا بحيث يمكن أن يحدث اندماج الهيدروجين، وبالتالي يشكل نجومًا مثل شمسنا." لكن ويليامز والمؤلفون المشاركون في فريق مشروع الأسرع من الصوت، وهو مجموعة من علماء الفيزياء الفلكية من الولايات المتحدة وإيطاليا واليابان بقيادة سمادار ناوز، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك بجامعة كاليفورنيا، وجدوا أنهم إذا أضافوا تأثير التدفق للسرعات المختلفة بين المادة المظلمة والعادية إلى وفي عمليات المحاكاة، هبط الغاز بعيدًا عن المادة المظلمة، وتم منعه من تكوين النجوم على الفور. وعندما عاد الغاز المتراكم إلى المجرة بعد ملايين السنين، حدث انفجار هائل لتشكل النجوم دفعة واحدة. نظرًا لأن هذه المجرات كانت تحتوي على عدد أكبر من النجوم الشابة والساخنة والمضيئة أكثر من المجرات الصغيرة العادية لفترة من الوقت، فقد أشرقت أكثر سطوعًا.
وقال ويليامز: "بينما أدى التدفق إلى قمع تكوين النجوم في أصغر المجرات، فقد عزز أيضًا تكوين النجوم في المجرات القزمة، مما جعلها تتفوق على البقع غير المتدفقة في الكون". "نتوقع أن يتمكن تلسكوب ويب من العثور على مناطق في الكون تكون فيها المجرات أكثر سطوعًا، ومتزايدة بهذه السرعة. وحقيقة أنها يجب أن تكون مشرقة جدًا قد تسهل على التلسكوب اكتشاف هذه المجرات الصغيرة، والتي عادة ما يكون من الصعب للغاية اكتشافها بعد 375 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير. ونظرًا لأنه من المستحيل دراسة المادة المظلمة بشكل مباشر، فإن البحث عن بقع مشرقة من المجرات في بداية الكون يمكن أن يقدم اختبارًا فعالًا للنظريات حول المادة المظلمة، والتي لم تكن مثمرة حتى الآن.
"إن اكتشاف بقع من المجرات الصغيرة اللامعة في الكون المبكر سيؤكد أننا نسير على الطريق الصحيح مع نموذج المادة المظلمة الباردة لأن السرعة بين نوعين من المادة فقط هي التي يمكنها إنتاج نوع المجرة التي نبحث عنها، قال ناوز، أستاذ هوارد وأستريد بريستون للفيزياء الفلكية.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64556.php
