يتتبع تلسكوب هابل نجوم مجرة قزمة لرسم خريطة للمادة المظلمة
أظهر تلسكوب هابل الفضائي أن المادة المظلمة تتركز داخل قلب مجرة قزمة قريبة، وهو اكتشاف يسرع في إنقاذ النموذج القياسي لعلم الكونيات. يتنبأ هذا النموذج بشكل أساسي بأن تكون المادة المظلمة "باردة"، لكن النتائج الحديثة بدأت تشير إلى أن المادة "دافئة". ومع ذلك، فإن هذه الملاحظات الجديدة تقع في جانب النموذج القياسي.
المادة المظلمة هي مادة غير مرئية يُزعم أنها تشكل 85% من كتلة الكون، لكن لا أحد يعرف ما هي المادة المظلمة في الواقع، أو كيف تتصرف بالضبط. أفضل فكرة لدينا هي أنه بارد، وهو ما يعني، بعبارة أخرى، أنه من المتوقع أن يتكون من جسيم منخفض الطاقة لا يتحرك هنا وهناك، ولكنه بطيء الحركة وقادر على التكتل معًا لتكوين هالات ضخمة تنمو بداخلها المجرات. يعد مفهوم المادة المظلمة الباردة (CDM) وتأثيرها على تكوين البنية في الكون جزءًا مهمًا من النموذج القياسي الحالي لعلم الكونيات. يُعرف هذا الجزء باسم Lambda-CDM (تشير كلمة lambda إلى الطاقة المظلمة).
المجرة التي تنمو داخل تلك الهالة. يطلق علماء الفلك على هذه المادة اسم "الحدبة" بسبب الشكل الذي تشكله على الرسم البياني لكثافة المادة المظلمة بالنسبة إلى نصف قطرها من مركز المجرة.
ومع ذلك، فقد أذهلت علماء الفلك بعض الملاحظات الحديثة للمجرات القزمة التي ألمحت إلى أن المادة المظلمة قد تتصرف بشكل مختلف عما كانوا يعتقدون. بدلاً من التصرف مثل المادة المظلمة الباردة والتكتل بكثافة في قلب هالة المادة المظلمة، تشير هذه الملاحظات إلى أن المادة المظلمة قد تكون موزعة بالتساوي في جميع أنحاء المجرة بدلاً من ذلك. قد تكون هذه علامة على أن المادة المظلمة "دافئة"، أو لديها ما يكفي من الطاقة حتى لا تتجمع معًا كثيرًا. إذا كان هذا صحيحًا، فسيكون له تداعيات كبيرة على نماذجنا الكونية التي تعتمد على قدرة المادة المظلمة على التجمع بطرق معينة.
ذات صلة: اكتشف تلسكوب هابل الفضائي أقرب ثقب أسود ضخم إلى الأرض – وهو دليل كوني مجمد في الوقت المناسب
الآن، قام علماء الفلك بقيادة إدواردو فيترال من معهد علوم التلسكوب الفضائي (STScI) في بالتيمور بولاية ماريلاند، بوضع هذا على المحك.
المجرات القزمة هي أفضل مكان لدراسة المادة المظلمة لأنها، نسبيًا، لديها أعلى وفرة من المادة المظلمة من أي نوع من المجرات. وتدور مجرة دراكو القزمة، التي تم اختيارها لهذه الدراسة، حول مجرتنا درب التبانة على مسافة 250 ألف سنة ضوئية من الأرض. توجد في أرشيفات هابل بيانات تصف حركات النجوم في قزم دراكو على مدى 18 عامًا، بين عامي 2004 و2022. وتمكن فريق فيترال من استخدام هذه الحركات لحساب قياس دقيق لمجال جاذبية قزم دراكو، ومن ثم توزيع توزيع الجاذبية. كتلتها، بما في ذلك الجزء المخصص للمادة المظلمة.
من خلال الجمع بين "الحركات الصحيحة" للنجوم – أي حركتها عبر السماء – مع حركاتها الشعاعية نحونا أو بعيدًا عنا والتي يمكن اكتشافها على أنها إما انزياح أزرق أو انزياح أحمر في الضوء، تمكن فريق فيترال من تتبع الحركات. من النجوم في قزم دراكو في 3D .
وقال سانجمو توني سون، عضو الفريق من STScI: "عند قياس الحركات الصحيحة، يمكنك ملاحظة موقع النجم في حقبة واحدة، ثم بعد سنوات عديدة قياس موقع هذا النجم نفسه. يمكنك قياس الإزاحة لتحديد مقدار تحركه". بالوضع الحالي. "بالنسبة لهذا النوع من المراقبة، كلما طال انتظارك، كلما تمكنت من قياس تحول النجوم بشكل أفضل."
من المؤكد أن طول عمر هابل في الفضاء يعد ميزة هنا، كما هو الحال مع دقة وضوحه القوية من موقعه المرتفع فوق الغلاف الجوي المضطرب للأرض. إن الحركة الصحيحة لنجوم دراكو القزمة على مدار 18 عامًا على مسافة ربع مليون سنة ضوئية هي حركة صغيرة، تعادل أقل من عرض كرة الجولف على القمر كما تُرى من الأرض. وبالتالي فإن نتائج هابل هي القياسات الأكثر تفصيلاً لحركات النجوم في مجرة أخرى على الإطلاق.
وباستخدام هذه الحركات النجمية، تمكن فريق فيترال من استنتاج أن الكتلة الإجمالية لهالة المادة المظلمة للقزم دراكو، إلى نصف قطر يبلغ حوالي 3000 سنة ضوئية، تبلغ 120 مليون مرة كتلة شمسنا. علاوة على ذلك، تشير النتائج بقوة إلى أن كثافة المادة المظلمة للقزم دراكو تحتوي على حدبة في المركز، وبالتالي فإن المادة المظلمة ربما تكون باردة. وكما كتب الباحثون في ورقتهم البحثية، "تقلل النتائج من التوتر حول مشكلة "النقطة الأساسية" وتعطي مزيدًا من المصداقية لعلم الكونيات القياسي لـ lambda-CDM."
وقال فيترال في البيان: "تميل نماذجنا إلى الاتفاق أكثر مع بنية تشبه الحدبة، والتي تتوافق مع النماذج الكونية". "على الرغم من أننا لا نستطيع أن نقول بشكل قاطع أن جميع المجرات تحتوي على توزيع يشبه الحدبة للمادة المظلمة، إلا أنه من المثير أن يكون لدينا مثل هذه البيانات المقاسة جيدًا والتي تتجاوز أي شيء كان لدينا من قبل."
وبالتالي فإن الخطوة التالية هي تكرار التحليل للمجرات القزمة الأخرى، ويعمل فريق فيترال حاليًا على دراسات المجرات القزمة Sculptor وUrsa Minor القزمة، والتي تدور أيضًا حول مجرتنا درب التبانة.
قصص ذات الصلة:
إذا أمكن تكرار النتائج في تلك المجرات وغيرها، فإنها ستستبعد بشكل فعال بعض مرشحي المادة المظلمة مثل النيوترينوات العقيمة والغرافيتينوس، والأخير هو جسيم افتراضي تنبأت به نظرية التناظر الفائق باعتباره الشريك الهائل للجسيم الافتراضي المتساوي ( ولكن ربما يكون حقيقيًا) الغرافيتون. وبالتالي فإن النتائج تعزز النماذج المحتملة للمادة المظلمة الباردة، وبشكل أساسي الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs)، والثقوب السوداء البدائية، والمحاور.
نُشرت نتائج قزم دراكو في 11 يوليو في مجلة الفيزياء الفلكية.