حقوق الصورة: SDSS
منذ اكتشاف قوة غامضة قبل عدة سنوات ، تسمى الطاقة المظلمة ، والتي يبدو أنها تسرع الكون ، كان الفلكيون يبحثون عن أدلة إضافية لدعم هذه النظرية أو إهمالها. وجد علماء الفلك من مسح سلون الرقمي للسماء تقلبات في إشعاع الخلفية الكونية التي تتوافق مع التأثير البغيض للطاقة المظلمة.
أعلن علماء من Sloan Digital Sky Survey اكتشاف أدلة مادية مستقلة لوجود الطاقة المظلمة.
وجد الباحثون بصمة من الطاقة المظلمة من خلال ربط ملايين المجرات في مسح سلون الرقمي للسماء (SDSS) وخرائط درجة حرارة الخلفية الكونية للميكروويف من مسبار ويلكنسون الميكروويف المتغاير (WMAP) التابع لوكالة ناسا. ووجد الباحثون "ظل" الطاقة المظلمة على الإشعاع الكوني القديم ، وهو من بقايا الإشعاع المبرد من الانفجار العظيم.
بمزيج من نتائج هذين المسحين للسماء الكبيرة ، يوفر هذا الاكتشاف دليلاً ماديًا على وجود الطاقة المظلمة. وهي نتيجة تكمل العمل السابق على تسريع الكون مقاسة من المستعرات الأعظمية البعيدة. كانت ملاحظات من ملاحظات البالون للإشعاع خارج المليمترات والجيوفيزياء (BOOMERANG) من خلفية الميكروويف الكونية (CMB) أيضًا جزءًا من النتائج السابقة.
الطاقة المظلمة ، وهي مكون رئيسي للكون وواحد من أكبر الألغاز في العلوم ، هي مثيرة للاشمئزاز وليس جذابة. يؤدي هذا إلى تسارع توسع الكون ، على عكس جاذبية المادة العادية (والمظلمة) ، مما يجعله يتباطأ.
وأوضح الباحث الرئيسي الدكتور رايان سكرانتون من قسم الفيزياء وعلم الفلك بجامعة بيتسبيرج: "في الكون المسطح ، يحدث التأثير الذي نلاحظه فقط إذا كان لديك كون ذو طاقة مظلمة". "إذا كان الكون مؤلفًا من مادة ومازال مسطحًا ، فلن يكون هذا التأثير موجودًا."
"بينما تنتقل الفوتونات من الخلفية الكونية الميكروية (CMB) إلينا من 380،000 سنة بعد الانفجار الكبير ، يمكنهم تجربة عدد من العمليات الفيزيائية ، بما في ذلك تأثير Sachs-Wolfe المتكامل. هذا التأثير هو بصمة أو ظل للطاقة المظلمة على الموجات الدقيقة. وأضاف سكرانتون أن التأثير يقيس أيضًا التغيرات في درجة حرارة الخلفية الكونية الميكروية بسبب تأثيرات الجاذبية على طاقة الفوتونات.
وأضاف الدكتور بوب نيكول ، وهو أحد المتعاونين في برنامج SDSS وأستاذ مساعد في الفيزياء بجامعة كارنيجي ميلون في بيتسبرغ ، أن الاكتشاف هو "اكتشاف مادي للطاقة المظلمة ومتكامل للغاية للكشف عن الطاقة المظلمة الأخرى". شبه نيكول تأثير Sachs-Wolfe المدمج بالنظر إلى شخص يقف أمام نافذة مشمسة: "أنت فقط ترى مخططهم ويمكنهم التعرف عليهم من هذه المعلومات فقط. وبالمثل ، فإن الإشارة التي نراها تحتوي على الخطوط العريضة (أو الظل) التي نتوقعها للطاقة المظلمة "، قال نيكول.
وأضاف نيكول: "على وجه الخصوص ، لون الإشارة هو نفس لون الخلفية الكونية للميكروويف ، مما يثبت أنها كونية في الأصل وليست بعض التلوث المزعج".
"يوفر هذا العمل تأكيدًا فعليًا على أن المرء يحتاج إلى طاقة مظلمة لشرح بيانات CMB و SDSS في آن واحد ، بغض النظر عن عمل المستعرات الأعظمية. وأضاف جيم غون ، خبير علوم المشروع بقسم SDSS وأستاذ علم الفلك في جامعة برينستون ، أن عمليات التحقق المتقاطع هذه حيوية في العلوم.
أوضح الدكتور أندرو كونولي من جامعة بيتسبرغ أن الفوتونات التي تتدفق من الخلفية الكونية الميكروية تمر عبر العديد من تركيزات المجرات والمادة المظلمة. عندما يسقطون في بئر الجاذبية يكتسبون الطاقة (تمامًا مثل الكرة المتدحرجة إلى أسفل التل). عندما يخرجون يفقدون الطاقة (مرة أخرى مثل كرة تدحرج إلى أعلى تل). تصبح الصور الفوتوغرافية للموجات الدقيقة زرقاء اللون (أي أكثر نشاطًا) عندما تقع في اتجاه تركيزات الكتلة الفائقة هذه ثم تصبح أكثر حمراء (أي أقل نشاطًا) عند صعودها بعيدًا عنها.
"في عالم يتكون في الغالب من مادة عادية ، يتوقع المرء أن يتم إلغاء التأثير الصافي للتحولات الحمراء والزرقاء. ومع ذلك ، اكتشفنا في السنوات الأخيرة أن معظم الأشياء الموجودة في عالمنا غير طبيعية من حيث أنها مثيرة للاشمئزاز بدلاً من الجاذبية " المعهد. "هذه الأشياء الشاذة نسميها الطاقة المظلمة."
قال كونولي المتعاون مع SDSS إذا انخفض عمق بئر الجاذبية أثناء انتقال الفوتون عبره ، فإن الفوتون يخرج بطاقة أكبر قليلاً. "إذا كان هذا صحيحًا ، فإننا نتوقع أن نرى أن درجة حرارة الخلفية الكونية للميكروويف تكون أكثر سخونة قليلاً في المناطق التي بها المزيد من المجرات. هذا بالضبط ما وجدناه ".
وأضاف ستيبينز أن صافي تغير الطاقة المتوقع من تركيز واحد للكتلة هو أقل من جزء واحد في المليون ، وكان على الباحثين النظر إلى عدد كبير من المجرات قبل أن يتوقعوا رؤية التأثير. وقال إن النتائج تؤكد أن الطاقة المظلمة موجودة في تركيزات كتلة صغيرة نسبيًا: عبر 100 مليون سنة ضوئية فقط حيث كانت الآثار المظلمة للطاقة المظلمة على نطاق 10 مليار سنة ضوئية. يتمثل الجانب الفريد لبيانات SDSS في قدرتها على قياس المسافات إلى جميع المجرات بدقة من التحليل الفوتوغرافي لانزياحاتها الحمراء الضوئية. قال كونولي: "لذلك ، يمكننا أن نشاهد بصمة هذا التأثير على CMB تنمو كدالة لعصر الكون". "في نهاية المطاف ، قد نكون قادرين على تحديد طبيعة الطاقة المظلمة من قياسات مثل هذه ، على الرغم من أن ذلك سيكون قليلاً في المستقبل."
"لكي نستنتج أن الطاقة المظلمة موجودة علينا فقط أن نفترض أن الكون غير منحني. وأوضح سكرانتون أنه بعد ظهور نتائج مسبار ويلكينسون ميكروويف متباين الخواص (في فبراير 2003) ، فإن هذا افتراض مقبول جيدًا. "هذا مثير للغاية. لم نكن نعرف إذا كان بإمكاننا الحصول على إشارة ، لذا أمضينا الكثير من الوقت في اختبار البيانات ضد التلوث من مجرتنا أو مصادر أخرى. إن الحصول على النتائج بقوة كما فعلوا كان مرضيا للغاية ".
تم إجراء الاكتشافات في 3400 درجة مربعة من السماء تم مسحها بواسطة SDSS.
قال ديفيد سبيرجيل ، عالِم الكونيات بجامعة برينستون وعضو في فريق علوم WMAP: "إن هذا المزيج من الميكروويف الفضائي والبيانات الضوئية الأرضية أعطانا هذه النافذة الجديدة في خصائص الطاقة المظلمة". "من خلال الجمع بين بيانات WMAP و SDSS ، أظهر سكرانتون ومعاونوه أن الطاقة المظلمة ، مهما كانت ، هي شيء لا تجذبه الجاذبية حتى على المقاييس الكبيرة التي تم فحصها بواسطة Sloan Digital Sky Survey.
وأضاف سبيرجيل "هذا تلميح مهم للفيزيائيين الذين يحاولون فهم الطاقة المظلمة الغامضة".
بالإضافة إلى الباحثين الرئيسيين سكرانتون وكونولي ونيكول وستيبينز ، ساهم إستفان زابودي من جامعة هاواي في البحث. ومن بين المشاركين الآخرين في التحليل نيايش أفشوردي من جامعة برينستون وماكس تيجمارك من جامعة بنسلفانيا ودانيال آيزنشتاين من جامعة أريزونا.
حول مسح SLOAN DIGITAL SKY (SDSS)
مسح Sloan Digital Sky Survey (sdss.org) سيرسم بالتفصيل ربع السماء بأكملها ، ويحدد المواضع والسطوع المطلق لـ 100 مليون من الأجرام السماوية. كما سيقيس المسافات لأكثر من مليون مجرة وشبه النجوم. يقوم اتحاد البحوث الفيزيائية الفلكية (ARC) بتشغيل مرصد أباتشي بوينت ، موقع تلسكوبات SDSS.
SDSS هو مشروع مشترك بين جامعة شيكاغو ، فيرميلاب ، معهد الدراسات المتقدمة ، مجموعة المشاركة اليابانية ، جامعة جونز هوبكنز ، مختبر لوس ألاموس الوطني ، معهد ماكس بلانك لعلم الفلك (MPIA) ، معهد بلانك للفيزياء الفلكية (MPA) ، جامعة ولاية نيومكسيكو ، جامعة بيتسبرغ ، جامعة برينستون ، المرصد البحري للولايات المتحدة ، وجامعة واشنطن.
تم تمويل المشروع من قبل مؤسسة Alfred P. Sloan ، والمؤسسات المشاركة ، والإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء ، ومؤسسة العلوم الوطنية ، ووزارة الطاقة الأمريكية ، و Monbukagakusho اليابانية وجمعية Max Planck.
WILKINSON MICROWAVE ANISOTROPY PROBE (WMAP) هي مهمة من وكالة ناسا تم بناؤها بالشراكة مع جامعة برينستون ومركز جودارد لرحلات الفضاء لقياس درجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية ، الحرارة المتبقية من الانفجار الكبير. تكشف مهمة WMAP عن الظروف التي كانت موجودة في الكون المبكر من خلال قياس خصائص إشعاع الخلفية الكونية الميكروية فوق السماء الكاملة. (http://map.gsfc.nasa.gov)
المصدر الأصلي: بيان صحفي SDSS
