اكتشف علماء بقيادة باحثين من جامعة ناغويا في اليابان طبيعة المادة المظلمة المحيطة بالمجرات منذ حوالي 12 مليار سنة، حيث تشير النتائج المنشورة في Physical Review Letters، إلى أن القواعد الأساسية لعلم الكون قد تختلف عند فحص التاريخ المبكر لهذا الكون.

وعوضًا عن استخدام الضوء المرئي، فإن استخدام إشعاع الخلفية الكونية الميكروية (CMB)؛ وهو نوع من الإشعاع الأحفوري المتبقي من الانفجار العظيم، يتيح توزيع المادة المظلمة على مدى مليارات من السنين على خلاف ما كان مُعتقد سابقًا.

ونظرًا لأن الضوء سرعته محدودة؛ فنحن لا نستطيع رؤية المجرات البعيدة كما هي الآن، ولكن كما كانت عليه قبل مليارات من السنين، لذلك؛ فإن مراقبة المادة المظلمة التي لا تصدر ضوءًا تعد أكثر صعوبة.

 ووفقًا للنظرية النسبية العامة لأينشتاين، فإن قوة الجاذبية للمادة المظلمة تشوه المكان والزمان المحيطين بها، حيث كلما زادت كمية المادة المظلمة زاد التشوه، وعندما ينتقل الضوء من المجرة الأساسية عبر هذا التشوه، فإنه ينحني والذي بدوره يغير الشكل السطحي للمجرة.

 ومع ذلك، فإنه كلما ابتعدنا عن الأرض، قلت فاعلية هذه الطريقة، حيث تحتاج إلى دقة عالية لاكتشاف تشوه العدسة؛ لذلك من المهم معرفة هذا عن طريق المجرات الخلفية.

وللتغلب على هذه التحديات، استخدم فريق بحث بقيادة هيروناو مياتاكي من جامعة ناغويا بالتعاون مع جامعة طوكيو والمرصد الفلكي الوطني الياباني وجامعة برنستون مصدرًا مختلفًا لإشعاع (CMB) وهو الموجات الدقيقة المنبعثة من الانفجار العظيم.

 حيث حدد الفريق 1.5 مليون مجرة ذات ضوء مرئي اختيرت للملاحظة منذ 12 مليار سنة باستخدام بيانات من Subaru Hyper Supreme-Cam Survey (HSC) (كاميرا رقمية استطلاعية واسعة النطاق بتليسكوب سوبارو)

وقاس الفريق هيئة تشويه المادة المظلمة حول المجرات العدسية (القرصية) باستخدام الموجات الدقيقة التي رصدها القمر الصناعي بلانك التابع لوكالة الفضاء الأوروبية.

ويقول البروفيسور ماسامي أوتشي من جامعة طوكيو: “إن الفكرة مجنونة؛ لأنه لم يدرك أحد أننا نستطيع القيام بذلك. ولكن بعد أن ألقيت حديثًا عن مجرة كبيرة بعيدة، جاءني هيروناو موضحًا بأنه هناك إمكانية لرؤية المادة المظلمة حول هذه المجرات باستخدام إشعاع (CMB)”.

وأعقب بعد ذلك الأستاذ المساعد يويتشي هاريكان من معهد أبحاث الأشعة الكونية بجامعة طوكيو: “تستخدم المجرات المصدرية لقياس توزيع المادة المظلمة من الوقت الحالي إلى ثماني مليارات سنة مضت، ومع ذلك، يمكننا أن ننظر إلى الماضي بفضل استخدمنا لإشعاع (CMB) في القياس. ولأول مرة، استطعنا قياس المادة المظلمة منذ لحظات الكون الأولى”.

ولكن بعد تحليل أولي، أدرك الباحثون أن لديهم عينة تكفي للكشف عن توزيع المادة المظلمة، ومن خلال الجمع بين عينة المجرة البعيدة الكبيرة وتشوهات العدسة في (CMB)، اكتشفوا المادة المظلمة منذ 12 مليار سنة مضت، على خلاف الطرق السابقة والتي كشفت عن 1.7 مليار سنة فقط بعد نشأة الكون؛ وبالتالي يمكن النظر إلى هذه المجرات بعد فترة وجيزة من تكوينها لأول مرة.

وأوضح مياتاكي: “كنت سعيدًا لأننا فتحنا نافذة جديدة لتلك الحقبة؛ لأن قبل 12 مليار سنة كانت الأمور مختلفة تمامًا، حيث بإمكانك أن ترى المزيد من المجرات التي في طور التكوين أكثر مما هي عليه في الوقت الحاضر”.

وتابعت الحديث نيتا باهكول، أستاذة علوم الفيزياء الفلكية ومديرة الدراسات الجامعية في جامعة برينستون: “هذه النتيجة تعطي صورة متسقة للغاية عن المادة المظلمة في المجرات وتطورها مع مرور الوقت”.

ووفقًا للنظرية المعيارية لعلم الكون، فإن نموذج (Lambda-CD) المعني بتراكم المادة المظلمة، يشير إلى أن التقلبات الصغيرة في (CMB) تشكل تجمعات من المادة المكتظة بكثافة عن طريق سحب الجاذبية للمادة المحيطة، وهذا بدوره يخلق مادة غير متجانسة تشكل النجوم والمجرات في هذه المناطق الكثيفة.

 وذكر مياتاكي بشأن الاحتمالات: “ما اكتشفناه لا يزال غير مؤكد، ولكن إذا كان هذا صحيحًا، فإنه يشير إلى أن النموذج بأكمله ناقص. وهذا مثير لأنه إذا استمرت النتيجة حتى بعد تقليل الشكوك، فقد يعني ذلك تحسينًا للنموذج، وتوفير نظرة ثاقبة إلى أن الطبيعة نفسها هي مادة مظلمة”.

وأشار أندريس بلازا مالاجون، الباحث المشارك في جامعة برينستون: “في هذه المرحلة، سنحاول الحصول على بيانات أفضل لمعرفة ما إذا كان نموذج (Lambda-CDM) قادرًا بالفعل على شرح الملاحظات التي لدينا عن الكون، أو قد تكون النتيجة أننا بحاجة إلى إعادة النظر في العديد من الافتراضات”.

وأوضح مايكل شتراوس، أستاذ ورئيس قسم علوم الفيزياء الفلكية في جامعة برينستون: “تتمثل إحدى نقاط القوة في النظر إلى الكون باستخدام مسوحات واسعة النطاق كتلك المستخدمة في هذا البحث بأنه يمكن دراسة كل ما تراه في الصور الناتجة من الكويكبات القريبة في نظامنا الشمسي إلى المجرات البعيدة من الكون المبكر، ويمكنك استخدام نفس البيانات كذلك لاستكشاف إجابات الكثير من الأسئلة المحيرة”.

 وفي المستقبل، يأمل الفريق في استخدام مجموعات البيانات المتقدمة، مثل المسح العتيق للمكان والزمان التابع لمرصد Vera Sea-Robin (LSST) لاستكشاف أجزاء أبكر من الكون. وتطرق هاريكان إلى أنه: “سوف يسمح لنا LSST برصد نصف الفضاء، حيث لا يوجد هناك أي سبب يمنعنا من رؤية توزيع المادة المظلمة التي كانت موجودة قبل 13 مليار سنة”.

المصدر: https://www.sciencedaily.com

ترجمة: سارة الزعابي

مراجعة وتدقيق: زينب محمد