من ماذا يتكون الكون؟ لا تقلق إذا لم يكن لديك دليل ، فلا يوجد لدى علماء الفلك أيضًا. استخدم جيمس جي من جامعة جونز هوبكنز تلسكوب هابل الفضائي لإنشاء خريطة تفصيلية لتركيزات المادة المظلمة حول مجرتين. وقد حصل الفلكيون على بعض القرائن الجديدة.
الاستماع إلى المقابلة: خرائط المادة المظلمة (5 ميجا بايت)
أو الاشتراك في بودكاست: الاشتراك
فريزر كين: لقد سمعنا مصطلح المادة المظلمة قليلاً. هل يمكنك أن تعطينا الفهم الحالي لما هي المادة المظلمة؟
دكتور جيمس جي: قبل أن أتحدث عن المادة المظلمة ، يجب أن أذكر ما يعتقده علماء الفلك الآن كيف وصل الكون إلى ما هو عليه اليوم. نعتقد أن 30٪ من الكون مادة ، و 70٪ أخرى طاقة مظلمة ، والمادة المظلمة تضم أكثر من 90٪ من المادة في الكون. لم يكتشف أحد المادة المظلمة في المختبرات ، لذا فهم لا يعرفون شكلها أو لونها أو رائحتها ، ولكن هناك أدلة على وجودها. يمكننا اكتشافه من خلال ما يسمى العدسة الجاذبية.
فريزر: لذا أجريت مؤخرًا استطلاعًا باستخدام تلسكوب هابل الفضائي لرسم خريطة لتركيز المادة المظلمة. ماذا كانت عملية القيام بذلك؟
دكتور جي: تشتمل المادة المظلمة ، كما قلت ، على 90٪ من المادة الموجودة في الكون ، وأفضل مكان للبحث عن المادة المظلمة هو المكان الأكثر انتشارًا. لذا وجهنا تلسكوب هابل الفضائي إلى اثنين من عناقيد المجرات الأكثر تشكُّلًا عندما كان الكون نصف عمره الحالي.
فريزر: وماذا رأيت؟
دكتور جي: درسنا التوزيع الطيفي للمجرات الخلفية. من خلال فحص تشويه تلك المجرات الخلفية ، تمكنا من تحديد كثافة المادة المظلمة في المقدمة.
فريزر: دعني أرى ما إذا كنت أفهم هذا بشكل صحيح. كنت تنظر إلى المجرات البعيدة ، ومن خلال رؤية الطريقة التي كان يتغير بها الضوء عند وصوله إلينا ، تمكنت من اكتشاف مكان وجود كتل خفية من المواد التي كانت تؤثر عليه بشكل جاذبي.
دكتور جي: بالضبط. ربما هذا تشبيه جيد. لنفترض أنك تقرأ مقالًا إخباريًا باستخدام عدسة مكبرة ، يمكنك استنتاج قوة العدسات أو سمكها من خلال فحص مقدار الحروف التي تبدو أكبر من خلال العدسة المكبرة. وبالمثل ، إذا نظرت إلى تشوه المجرات الخلفية أو تكبيرها ، يمكنك تحديد كثافة المادة المظلمة المراوغة في المقدمة.
فريزر: إذن ما هي العلاقة بين المادة المظلمة والمجرات التي يمكننا رؤيتها؟
دكتور جي: إنها المادة السائدة في الكون ولها جاذبية. بدون المادة المظلمة ، من الصعب جدًا تكوين مجرات ذات هياكل واسعة النطاق نراها في عالم اليوم. لذا ، من المؤكد أن المادة المظلمة تساعد على تكوين المجرات في الهيكل الواسع النطاق.
فريزر: هل من الممكن ، إذن ، أينما كانت المادة المظلمة تتكتل ، فمن المحتمل أن نرى المجرات؟
دكتور جي: نعم ، هذا في الأساس هو ما وجدناه في بحثنا. تكهن الناس بأن المادة المظلمة هي جسيمات لا تصادم وأن المادة المظلمة والمادة الطبيعية يجب أن تتواجد معًا. لكن لم يتمكن أحد من تحديد ذلك بوضوح شديد لأن المادة المظلمة لا تصدر أي موجات كهرومغناطيسية. ما وجدناه باستخدام هابل هو أن المجرات المضيئة تتشكل في أكثر المناطق كثافة بهالات المادة المظلمة.
فريزر: إذا علمنا أن هذا النوع من التكتل يحدث - يبدو أن الاثنين يسيران جنبًا إلى جنب - فهل هذا يسمح لك بإلقاء أي نظريات موجودة لما قد تكون هذه المادة المظلمة؟
دكتور جي: نعم ، هذا يعطينا الكثير من القرائن. يعتقد معظم الناس أن المادة المظلمة خالية من التصادم ، ولكن يقترح البعض أنه قد يكون لها بعض خصائص التصادم مثل غاز الهيدروجين. تعطينا الطريقة التي تتجمع بها المادة المظلمة معًا تلميحات حول ماهية المادة المظلمة. لنفترض أن المادة المظلمة لها خصائص تصادم ، مثل ذرة الهيدروجين ، ثم تتصادم مع بعضها البعض بشكل متكرر للغاية ، وسنرى توزيعًا سلسًا جدًا لهالة المادة المظلمة. لكننا وجدنا أن هذه الهياكل متكتلة للغاية ، مثل كتلة المجرة نفسها. هذا يشير إلى أن جسيمات المادة المظلمة ، إن وجدت ، ستكون جسيمات غير قابلة للتصادم كما تقول معظم النظريات في علم الفلك اليوم.
فريزر: أوه ، أرى ، لذا فإن الجسيمات الفعلية التي يمكن أن تسبب هذه المادة المظلمة إما صغيرة جدًا أو تتفاعل بشكل ضعيف لدرجة أنها لا تتجمع معًا. وإذا عملوا معًا بشكل جيد ، فسترى في الواقع رذاذ توزيع أكثر تكافؤًا. إذن بناءً على النتائج التي توصلت إليها ، ما هي المرحلة التالية من بحثك؟
دكتور جي: يشمل برنامج Advanced Camera for Surveys أكثر من 15 مجموعة مجرة مثيرة للاهتمام للغاية. هذه ليست سوى النتيجتين. نعتقد أنه إذا أكملنا عناقيد المجرات الخمسة عشر الخاصة بنا للمسح ، فستكون لدينا صورة أوضح عن كيفية تفاعل المادة المظلمة والمادة الطبيعية ، ربما عن طريق الجاذبية معًا. وقد تكون لدينا فكرة أكثر وضوحًا عن كيفية مساهمة المادة المظلمة في تكوين البنية الواسعة النطاق للكون.
فريزر: واستنادًا إلى البحث الذي أجريته حتى الآن ، هل لديك نظرية للحيوانات الأليفة حول ماهية المادة المظلمة؟
دكتور جي: حسنًا ، إذا انتقلت إلى موقع Astro-ph على الويب ، فهذا هو الموقع الإلكتروني الذي يقوم الأشخاص بتحميل أوراقهم البحثية المختلفة ، وهناك 10 أو 15 ورقة في اليوم. وهناك الكثير من التكهنات حول هذا الأمر جذابة ومعقولة للغاية. لكن أعتقد أن طبيعة المادة المظلمة يمكن الرد عليها في غضون 10 أو 15 عامًا من الآن ، لكننا لا نزال نبحث. يعطي بحثنا حلًا غير مسبوق للمادة المظلمة يمكن أن يفرق بين الجسيمات المتصادمة والجسيمات غير المتصادمة.
فريزر: وهل هناك أدوات أخرى غير هابل يمكنها القيام بهذا العمل؟
دكتور جي: يمكننا عمل عدسات الجاذبية باستخدام التلسكوبات الأرضية. في الواقع ، في عام 1990 اكتشف الأشخاص لأول مرة المادة المظلمة باستخدام عدسة الجاذبية. ولكن عندما تقوم بالعدسات الجاذبية باستخدام تلسكوب أرضي ، فإن الدقة تكون ضعيفة للغاية. بعبارة أخرى ، فإن الاضطراب الجوي سيؤدي إلى تشويه عدسة الجاذبية ، لذا لا يمكننا رؤية صورة عالية الجودة للمادة المظلمة. ولكن إذا استخدمنا التلسكوب في الفضاء ، فإنه لا يطمس شكل صورة الخلفية حتى تحافظ على إشارة عدسة الجاذبية. يمكننا التوصل إلى صورة عالية الدقة لتوزيع المادة المظلمة.
فريزر: وسوف تعطيك أداة أكبر صورة أفضل.
دكتور جي: بالتأكيد. التلسكوب التالي هو JWST (تلسكوب جيمس ويب الفضائي) سيزيد بشكل فعال من دقة أهمية المادة المظلمة بعامل 10 أو أكثر.
فريزر. هل تعتقد أنك سترى أي شيء مختلف بشكل كبير مع دقة 10x؟
دكتور جي: إن الشكل العالمي لتوزيع المادة المظلمة لن يتغير كثيرًا ، ولكن في هذه الحالة قد نتمكن من مقارنة بنية المادة المظلمة فيما يتعلق بالمجرات. في هذه الحالة ، قد نكون قادرين على الإجابة عما إذا كانت جسيمات المادة المظلمة لها بعض خصائص التصادم. في البداية ، قلت إن ما وجدته يتفق مع الفرضية التي لا تصادم. ولكن كانت هناك بعض الاقتراحات بأن جزيئات المادة المظلمة قد يكون لها بعض خصائص التصادم الصغيرة جدًا. لذا يمكننا تحديد الإزاحة بين المادة المظلمة والمادة المجرية. وهذا يمنحك الكثير من القيود المحتملة على المقاطع العرضية المتصادمة بين جزيئات المادة العادية والظلام.
تم نشر هذا البحث في مجلة الفضاء في 13 ديسمبر 2005.
