الفلك

كيف يتم تحسين القيود المفروضة على الطاقة المظلمة أكثر من غيرها؟

كيف يتم تحسين القيود المفروضة على الطاقة المظلمة أكثر من غيرها؟

اليوم لدينا العديد من البيانات المتاحة من تحقيقات مستقلة لتقييد الطاقة المظلمة ، أي معادلتها للحالة $ w $. وتشمل هذه المستعرات المستعرات الأعظمية من النوع 1a ، و BAO ، و CMB ، ومسوحات المجرات واسعة النطاق ، وما إلى ذلك. هل أي من هذه المجسات أفضل / أقوى في الحد من الطاقة المظلمة من غيرها؟ لما و لما لا؟

على سبيل المثال ، أفترض أنه إذا اشتمل مسح المجرات على 1000 مجرة ​​في نطاق انزياح أحمر $0.1<>، سيؤدي ذلك إلى زيادة القيود على $ w $ من مجرد استخدام 500 مستعر أعظم من النوع 1a في النطاق $0.1<>. ولكن ما مقدار الاختلاف الذي يحدثه هذا ، من بين عوامل أخرى لست على دراية بها؟ من الناحية الكمية ، كيف يتم قياس الأخطاء / عدم اليقين باستخدام عينات أكبر وفترات انزياح حمراء أكبر (أعتقد أنه بالنسبة لعينة أكبر ، يتناقص عدم اليقين 1 دولار / sqrt N $)?

من المنطقي أيضًا أن تكون نماذج الطاقة المظلمة ذات المعلمات الأكثر حرية مصحوبة بقدر أكبر من عدم اليقين (على سبيل المثال ، $ wCDM $ يحتوي على معلمة واحدة أخرى مجانية ، $ w $، من $ Lambda CDM $). ولكن إلى أي مدى تتضاءل القوة المقيدة لكل درجة جديدة من الحرية؟ انظر المخططات (الشكل 9 ، https://arxiv.org/pdf/1709.01091.pdf):

في المؤامرة على اليمين ، من الواضح أن القيود أكثر مرونة لأنه تم إدخال المزيد من المعلمات المجانية في ملاءمة البيانات لنموذج الطاقة المظلمة المعتمد على الوقت. يمكننا أيضًا أن نرى أن بيانات SN1a ، على سبيل المثال ، يبدو أنها تقيد الطاقة المظلمة بدرجة أقل من بيانات CMB أو BAO. لماذا هذا؟ هل هذا بسبب أن SN1a لم يُرصد إلا عند الانزياحات الحمراء المنخفضة حتى الآن؟


رؤى جديدة حول الطاقة المظلمة

تمثيل لتطور الكون على مدى 13.8 مليار سنة. تؤدي الطرق المختلفة لدراسة التوسع الكوني إلى نتائج مختلفة قليلاً ، بما في ذلك عمر الكون. وقد قدر علماء الفلك أن هذه التناقضات يمكن التوفيق بينها إذا لم تكن الطاقة المظلمة التي تحرك التسارع الكوني ثابتة في الوقت المناسب.

الكون لا يتمدد فقط - إنه يتسارع نحو الخارج ، مدفوعًا بما يشار إليه عادة باسم "الطاقة المظلمة". المصطلح تشبيه شعري لتسمية المادة المظلمة ، وهي المادة الغامضة التي تهيمن على المادة في الكون والتي هي في الحقيقة مظلمة لأنها لا تشع الضوء (إنها تكشف عن نفسها من خلال تأثيرها الثقالي على المجرات). يتم تقديم تفسرين بشكل شائع لشرح الطاقة المظلمة. الأول ، كما تكهن أينشتاين ذات مرة ، هو أن الجاذبية نفسها تجعل الأشياء تتنافر عندما تكون متباعدة بدرجة كافية (أضاف مصطلح "الثابت الكوني" إلى معادلاته). يفترض التفسير الثاني (استنادًا إلى فهمنا الحالي لفيزياء الجسيمات الأولية) أن للفراغ خصائص توفر الطاقة للكون من أجل التوسع.

لعدة عقود ، استخدم علم الكونيات بنجاح معادلة نسبية مع المادة المظلمة والطاقة المظلمة لشرح الملاحظات الدقيقة بشكل متزايد حول الخلفية الكونية الميكروية ، والتوزيع الكوني للمجرات ، وغيرها من السمات الكونية واسعة النطاق. ولكن مع تحسن الملاحظات ، ظهرت بعض التناقضات الواضحة. يعد عمر الكون من أبرزها: يوجد فرق بنسبة 10٪ تقريبًا بين القياسات المستخلصة من بيانات القمر الصناعي Planck وتلك من تجارب Baryon Acoustic Oscillation. يعتمد الأول على قياسات الأشعة تحت الحمراء البعيدة وما دون المليمتر لخلفية الميكروويف الكونية ، والأخير على التوزيع المكاني للمجرات المرئية.

كان عالم الفلك CfA دانيال آيزنشتاين عضوًا في اتحاد كبير من العلماء الذين اقترحوا أن معظم الاختلافات بين هاتين الطريقتين ، اللتين تأخذان عينات من مكونات مختلفة من النسيج الكوني ، يمكن التوفيق بينها إذا لم تكن الطاقة المظلمة ثابتة في الوقت المناسب. يطبق العلماء تقنيات إحصائية متطورة على مجموعات البيانات الكونية ذات الصلة وخلصوا إلى أنه إذا تغير مصطلح الطاقة المظلمة قليلاً مع توسع الكون (على الرغم من أنه لا يزال يخضع لقيود أخرى) ، فقد يفسر هذا التناقض. قد يكون الدليل المباشر لمثل هذا الاختلاف اختراقًا دراماتيكيًا ، لكن لم يتم الحصول عليه حتى الآن. يمكن لإحدى التجارب الجديدة الرئيسية للفريق ، المسح الطيفي للطاقة المظلمة (DESI) ، تسوية الأمر. سوف يرسم خريطة لأكثر من خمسة وعشرين مليون مجرة ​​في الكون ، ويعود إلى الأشياء بعد بضعة مليارات من السنين فقط بعد الانفجار العظيم ، ويجب أن يكتمل في وقت ما في منتصف عام 2020.

"Dynamical Dark Energy in Light of the latest Observations،" Gong-Bo Zhao et al. Nature Astronomy، 1، 627، 2017


العنوان: نتائج مسح الطاقة المظلمة للعام الأول: تقييد الفيزياء الباريونية في الكون

يتم تفسير قياسات الهيكل واسع النطاق باستخدام التنبؤات النظرية لتوزيع المادة ، بما في ذلك التأثيرات المحتملة للفيزياء الباريونية. نقوم بتقييد قوة التغذية الراجعة للباريونات بالاشتراك مع علم الكونيات باستخدام العدسات الضعيفة والمراقبات العنقودية المجرية (3 × 2 نقطة) من بيانات مسح الطاقة المظلمة (DES) في العام الأول بالاقتران مع المعلومات الخارجية من التذبذبات الصوتية الباريونية (BAO) واستقطاب خلفية موجات الميكروويف الكونية من بلانك . تم إعداد نمذجة الباريون الخاصة بنا من خلال مجموعة من عمليات المحاكاة الهيدروديناميكية التي تغطي مجموعة متنوعة من سيناريوهات الباريون التي نغطيها عبر هذا الفضاء عبر تحليل المكون الرئيسي (PC) للإحصاءات الموجزة المستخرجة من هذه المحاكاة. نوضح أنه على مستوى الطاقة المقيدة DES Y1 ، يكون جهاز كمبيوتر واحد كافياً لوصف تباين التأثيرات الباريونية في العناصر القابلة للملاحظة ، وتعكس سعة الكمبيوتر الشخصي الأولى (Q (1)) بشكل عام قوة ردود فعل الباريون. مع الحد الأعلى من Q (1) قبل التقيد بسيناريوهات ملاحظات Illustris ، وصلنا إلى تحسن مشابه بنسبة 20 في المائة في قيود S-8 = سيجما (8) (أوميغا (م) /0.3) 0.5 = 0.788 ( -0.021) (+ 0.018) مقارنة بتحليل DES الأصلي 3 x 2pt. هذا الكسب مدفوع بإدراج معلومات القص الكونية صغيرة الحجم وصولاً إلى 2.5 arcmin ، والتي تم استبعادها في تحليلات DES السابقة التي لم تقم بنمذجة فيزياء الباريونات. نحصل على S-8 = 0.781 (-0.015) (+ 0.014) لتحليل DES Y1 + Planck EE + BAO المدمج مع Q غير الإعلامي سابقًا. من حيث قيود الباريون ، نقيس Q (1) = 1.14 (-2.80) (+ 2.20) لـ DES Y1 فقط و Q (1) = 1.42 (-1.48) (+ 1.63) لـ DESY1 + Planck EE + BAO ، مما يسمح لنا باستبعاد واحد من أكثر السيناريوهات الهيدروديناميكية لردود فعل النوى الجرثومية تطرفًا عند أكثر من 2 سيغما. وقوو أقل


الحدود والخلافات في الفيزياء الفلكية

الفصل 1. تداعيات البحث على المستعرات الأعظمية [00:00:00]

البروفيسور تشارلز بيلين: كنا نتحدث عن النوع الأولأ المستعرات الأعظمية والبيانات التي توفرها حول تمدد الكون وتسارعه كما اتضح. وهكذا ، إحدى الطرق لتلخيص كل هذه المعلومات هي أن ما اكتشفناه & # 8211 نحن نعلم الآن أن الكون يتسارع ، ليس فقط في التوسع ، بل يتسارع. ويأتي هذا التسارع بسبب نوع من الطاقة المظلمة & # 8211 أو لتغييرها ، التسمية التي نعطيها لكل ما يسمى بالطاقة المظلمة. وأحيانًا يتم تلخيص هذا من خلال هذه الكمية ، وهي كثافة طاقة الطاقة المظلمة بالنسبة للكثافة الحرجة للكون. وحقيقة أن التسارع & # 8217s يعني أن هذه الكمية يجب أن تكون أكبر من هذه الكمية الأخرى ، كثافة المادة ، لأن المادة تميل إلى تجميع الأشياء معًا.

وهكذا ، فنحن لا نعلم فقط أنها تتسارع ، بل نعرف شيئًا عن مقدار تسارعها ، وهذا يخبرنا عن مقدار كثافة الطاقة المظلمة أكبر من كثافة المادة. ونحن نعرف نوعًا ما مقدار ذلك. نحن نعرف نوعًا ما كم هو أكبر بكثير من كثافة المادة المظلمة.

لكن شخصًا ما طرح السؤال الذي ، كما تعلمون ، ما زلت أقول ، حسنًا ، هذا مثل ¾ ، وهذا مثل ¼. إذا أضفت مجموعة من المادة ، ألا تستطيع & # 8217t فقط إضافة مجموعة من الطاقة المظلمة أيضًا ، وينتهي بك الأمر بنفس القدر من التسارع؟ إذن ، كون مشابه. والإجابة هي نعم ، يمكنك ذلك. & # 8217s لا شيء في بيانات المستعر الأعظم يمنع هذا من أن يكون 0.5 وهذا من أن يكون 1 ، طالما أن هذا أكبر بما يكفي من الكمية اللازمة لإحداث التسارع المرصود.

وهكذا ، إذا قمت برسم هاتين الكميتين مقابل بعضهما البعض & # 8211 أيضًا ، هنا & # 8217s ، نوعًا ، 0 ، 0. في الواقع ، يمكن أن يكون هذا سالبًا ، ولكن دع & # 8217s لا تذهب إلى هناك.

1 ، 1. ما اكتشفته هو أن هناك & # 8217s نوعًا من المنطقة المسموح بها تبدو مثل هذه ، المسموح بها بواسطة بيانات المستعر الأعظم. لاحظ أن هذا هو & # 8211I & # 8217m الافتراض طوال الوقت أن الطاقة المظلمة هي بالفعل الثابت الكوني. لا أفكر في سيناريوهات Big Rip في الوقت الحالي ، لأن ذلك سيضيف بُعدًا ثالثًا لهذه المؤامرة ، ولا أريد فعل ذلك حتى الآن. لذلك ، هذا كله بافتراض أن الطاقة المظلمة هي الثابت الكوني. ولكن هذا بالتأكيد مكان للبدء. لا يوجد سبب لعدم القيام بذلك.

وهكذا ، لقد كنت أدعي نوعًا ما باستمرار ، كما كنا نتحدث عن الدورة التدريبية ، أن الإجابة الحقيقية هي في مكان ما مثل هنا. بلى؟ أنه & # 8217s حول 0.3 على جانب المادة ، .25 وحوالي ، & ampfrac23 ، على جانب الطاقة المظلمة. ولكن ، في الواقع ، يمكنك الذهاب & # 8211 إلى أبعد من الاهتمام بالمستعر الأعظم ، يمكن أن يكون لديك أي مادة على الإطلاق وقليل من الطاقة المظلمة ، أو يمكن أن يكون لديك الكثير من المادة وكمية هائلة من الطاقة المظلمة. وأنت & # 8217d تحصل على مقدار التسارع ، وبالتالي تفي بقيود المراقبة.

لكن ، في الواقع ، اتضح أننا نعرف أكثر من ذلك ، لأن هناك قيودًا أخرى على علم الكونيات إلى جانب المستعرات الأعظمية. ويجب أن أخبركم في هذه المرحلة أن هذه الدورة ، بالطريقة التي قدمتها بها ، غير متوازنة بعض الشيء ، لأن الطرق الأخرى لتقييد هاتين الكميتين لا تقل أهمية عن المستعرات الأعظمية ، وأنا سأذهب للقيام بها جميعًا في محاضرة واحدة. وهذا نوع من روح فلسفة هذه الدورة ، حيث نحاول ونفهم بعض الأشياء بعمق ، بدلاً من أشياء كثيرة على نطاق واسع. لكنني سأتحدث عن نوعين آخرين من القيود المفروضة على علم الكونيات اليوم ، وهما ، في الواقع ، لا يقل أهمية عن المستعرات الأعظمية في علم الكونيات الحديث.

أنا أحب المستعرات الأعظمية ، أولاً وقبل كل شيء ، لأنها كانت أول دليل على الطاقة المظلمة. ما زلت أعتقد أنهم & # 8217 هم أفضل دليل على الطاقة المظلمة. لكن من الصحيح أيضًا أنني أعتقد أنهم & # 8217 ، من بعض النواحي ، أسهل في الفهم. هذا & # 8217s ليس صحيحًا تمامًا. ما أعنيه هو أنك لا تحتاج إلى مجموعة كاملة من الفيزياء لفهم ما يحدث & # 8217s ، لأنه & # 8217s مجرد توسع للكون ، في حين أن بعض هذه الأشياء الأخرى ، كما سترى ، هناك & # 8217s اللحظات حيث يجب أن أقول ، ثم هناك مجموعة كاملة من الفيزياء المعقدة ، وبعد ذلك ، تحصل على النتيجة. وهكذا ، فإن التدريس ، وربما التعلم ، في دورة مثل هذه أقل إرضاءً ، ولكنه مهم بنفس القدر لعلم الكونيات الحديث. وما تفعله هذه الأشياء الأخرى هو أنها تختار في المنطقة المسموح بها & # 8211 المنطقة المسموح بها من المستعرات الأعظمية ، الكون الحقيقي في الواقع. تمام.

الفصل 2. الخلفية الكونية الميكروية [00:05:28]

لذلك ، مع فهم أن أيًا من الأمرين اللذين سألتحدث عنهما ربما يكون خمسة أسابيع من هذه الدورة ، دعنا ننتقل وسأحاول شرح ، باختصار ، ما تخبرنا به هذه الأشياء عن كون.

الأول هو الخلفية الكونية الميكروية. هذا ، لقد واجهنا & # 8217 من قبل. كان هذا أحد الأدلة على أن الانفجار العظيم حدث بالفعل ، على عكس "الحالة المستقرة". ولا أعلم إذا كنت تتذكر ما قلناه عن ذلك ، لذا دعني أذكرك. تذكر ما كان يجري. أنت & # 8217 تنظر إلى الوراء في الوقت المناسب وأنت تنظر بعيدًا. لذا ، عندما تنظر إلى الوراء ، الأشياء أكثر كثافة وسخونة. وإذا نظرت إلى الوراء بعيدًا بما فيه الكفاية ، فإنها تصبح ساخنة جدًا.

لذا ، دعونا نتخيل ، نحن & # 8217re ننظر إلى انزياح أحمر ليس بمقدار 1 أو 0.8 أو شيء من هذا القبيل ، ولكن في انزياح أحمر بمقدار 3000. لذلك ، كان هذا عندما كان الكون & # 8211 ، كان عامل مقياس الكون أصغر بمقدار 3000 مرة مما هو عليه اليوم. في ذلك الوقت ، كان متوسط ​​درجة حرارة الكون حوالي 10000 درجة. اتضح أن هذا رقم مثير للاهتمام ، لأن 10000 درجة هي درجة الحرارة التي يجب أن تكون ساخنة حتى يتأين الهيدروجين. سوف تتذكر أن التأين يحدث عندما تنفصل الإلكترونات عن البروتونات ، وبعد ذلك ، يكون لديك مجموعة كاملة من الجسيمات المشحونة تتحرك. واتضح & # 8211 أيضًا ، قبل ذلك ، عندما تكون درجة الحرارة أعلى من ذلك ، تتخيل أن الكون بأكمله ممتلئ أساسًا بكل هذا الهيدروجين المتأين.

من سمات الهيدروجين المتأين ، أو الجسيمات المشحونة بشكل عام ، أنها تميل إلى أن تكون معتمة. لا تنتشر الفوتونات جيدًا من خلال هذه الأشياء. تنتشر الفوتونات جيدًا من خلال المواد المحايدة ولكن ليس جيدًا من خلال المواد المشحونة. لذلك ، قبل ذلك ، كان الكون معتمًا. إنه يشبه النظر إلى سطح نجم أو جدار كبير من الغازات غير الشفافة. يمكنك & # 8217t رؤية المزيد. لذلك ، لا يمكن & # 8217t أن ننظر إلى الوراء أكثر من ذلك. ولكن إذا نظرت في أي اتجاه ، ونظرت بعيدًا بما فيه الكفاية ، يجب أن ترى جدارًا كبيرًا من الهيدروجين بمقدار 10000 درجة.

وفي الحقيقة ، نحن نعلم كيف يبدو جدار من الهيدروجين بمقدار 10000 درجة ، لأن هناك نجومًا تبلغ أسطحها 10000 درجة. والشمس أبرد قليلاً من ذلك ، لكن هناك العديد من النجوم التي تبلغ درجة حرارتها 10000 درجة. لذا ، يجب أن يبدو هذا & # 8211 ، في أي اتجاه تنظر إليه ، يجب أن ترى شيئًا يشبه سطح النجم: الهيدروجين المتأين الساخن. وهذا يشبه سطح نجم.

ونعلم أن هذا خطأ & # 8217 ، أليس كذلك؟ يمكنك & # 8211let & # 8217s الخروج والبحث في اتجاه ما. إذا كان هذا صحيحًا حقًا ، ففي أي مكان تنظر إليه ، سترى سطح نجم أكثر سخونة وإشراقًا من الشمس. وهكذا ، فإن السماء كلها ستبدو كسطح الشمس ، فقط أكثر سخونة. ومن الواضح أن هذا ليس هو الحال. والسبب في أن هذا & # 8217s ليس كذلك لأنه عليك أن تتذكر كيف انزياح هذا الأمر إلى الأحمر. لقد تم انزياحها إلى الأحمر بمقدار 3000 مرة. لذلك ، الضوء له أطوال موجية أطول بـ 3000 مرة من الضوء الذي نراه من النجوم.

لذا ، دع & # 8217s يعمل على حل هذه المشكلة. ستتذكر & # 8217 ، λ التي لاحظتها تساوي λالمنبعثة، بالإضافة إلى Δλ. أو تساوي λالمنبعثة (1 + ض)، لأن ض هو Δλ / λالمنبعثة. إذن ، هذا يساوي الطول الموجي المنبعث ، ضرب 3،001 ، أليس كذلك؟ هنا & # 8217s 1 ، هنا & # 8217s 3000. نحن & # 8217ll نسمي ذلك 3 × 10 3. وإذا كان الطول الموجي المنبعث من & # 8217s هو الطول الموجي البصري الجميل مثل 5 × 10 -7 أمتار ، يبدو أخضر أو ​​أصفر ، مضروبًا في 3000 ، يعني ذلك & # 8217s 15 × 10 -4. هذا & # 8217s حوالي 1 ملليمتر. أطوال موجية من المليمتر. الآن ، أطوال موجية من المليمتر ، لا ترى بعينك. هذه هي ، بشكل أو بآخر ، ما نسميه أفران الميكروويف.

لذا ، فإن التوقع هو حقًا أنه في أي اتجاه تنظر إليه ، سترى كليًا & # 8211 ترى ما كان يمكن أن يكون شيئًا يشبه سطح نجم ، باستثناء أنه & # 8217s انزاح إلى الأحمر حتى الآن بحيث كل ما يمكنك رؤيته هو الموجات الدقيقة بدلاً من ضوء بصري عادي.

هذا صحيح. تم التحقق من ذلك من خلال الملاحظة ، لأول مرة في الستينيات. هذا صحيح. هناك خلفية موجية كونية في أي اتجاه. خذ كاشف الميكروويف ، تلسكوب لاسلكي. أنت تشير إليه في أي اتجاه. ترى هذه الأشياء قادمة من الكون. وقد تم أخذ هذا ، عندما تم اكتشافه لأول مرة ، كدليل على الانفجار العظيم وضد الحالة المستقرة. لأنه تنبأ به الانفجار العظيم ، لأنك تفترض أن الكون كان أكثر سخونة بكثير وأكثر كثافة بكثير في الماضي ، وهو ما تحتاجه لإنشاء هذه الأشياء ، وبحلول الوقت الذي تشاهده الآن ، إنه & # 8217s كل انزياح نحو الأحمر.

الفصل 3. COBE و WMAP: قياس CMB [00:11:27]

حسنًا ، لذلك & # 8217s على ما يرام ، بقدر ما يذهب. تبين أن إحدى ميزات الخلفية الكونية الميكروويف أنها سلسة للغاية. وأنت تتوقع أن يكون هذا صحيحًا ، لأنك تتوقع رؤية نفس الشيء بالضبط في أي اتجاه. لا يهم إذا عدت بالزمن إلى الوراء بهذه الطريقة ، أو إذا عدت بالزمن إلى الوراء بهذه الطريقة. تتوقع أن يكون الكون أكثر كثافة وسخونة في الماضي وبنفس الطريقة تقريبًا. ومن المؤكد أن الخلفية الكونية الميكروويف هي نفسها إلى حد كبير في كل مكان تنظر إليه. نفس الشيء في كل مكان.

ومع إجراء المزيد من التجارب ، أصبح الأمر سلسًا جدًا حقًا. وقد جاء & # 8211 بدأت في & # 8211 سلاسة هذا بدأت تصبح محرجة بعض الشيء ، لأنه لا يمكن & # 8217t & # 8211 لا تريد & # 8217t أن يكون سلس تماما. تماما ، متطابقة تماما في جميع الاتجاهات. لأن الكون ، في الوقت الحالي ، ليس سلسًا تمامًا. لدينا كواكب. لدينا أناس. لدينا مجرات. ثم ، لدينا مساحات كبيرة حيث لا يوجد شيء. وهكذا ، إذا كان الكون ، في وقت الخلفية الكونية الميكروية ، سيتطور إلى كوننا الآن ، فلا بد أن هناك بعض الاضطرابات الصغيرة التي ستنمو لتصبح مجرات لاحقًا. إذا كان الأمر سلسًا تمامًا ، فيجب أن يكون سلسًا تمامًا الآن ، ومن الواضح أن هذا ليس هو الحال. لذا ، فأنت تشك في وجود بعض المخالفات ، لأن الكون الآن غير منتظم بشكل واضح ، بمعنى أنه يحتوي على أشياء من أنواع مختلفة.

وهكذا ، في التسعينيات ، اتضح أنه يمكنك رؤية الموجات الدقيقة من الأرض ، ولكن من الأفضل القيام بذلك من الفضاء. وهكذا ، في التسعينيات ، أطلقوا قمرًا صناعيًا يسمى COBE. هذا هو مستكشف الخلفية الكونية. هذا قمر صناعي تم إطلاقه في أوائل التسعينيات. ووجدت المركبة COBE أخيرًا الاختلافات في الخلفية الكونية الميكروية. وكانوا صغارًا جدًا ، جزء رقم 10 & # 82111 في 100000. لذلك ، 10-5 إلى 1.

الآن ، هذا يتناقض مع الاختلافات التي نراها في الكون الحالي. في الكون الحالي ، يمكن أن تكون الاختلافات في الكثافة 30 مرة من حيث الحجم ، 10 30. تذكر أن متوسط ​​كثافة الكون ما بين 10 إلى 27 كيلوجرامًا لكل متر مكعب. هنا ، حصلنا & # 8217 على 10 3 كيلوجرامات لكل متر مكعب. تلك & # 8217s كثافة الماء ، على سبيل المثال. وهكذا ، فإن كثافة الكون تختلف الآن بمقدار 10 30 ، ولكن بعد ذلك ، تفاوتت فقط بمقدار 10-5. لذلك ، تم العثور على العلامة العشرية السادسة في الكثافة متغيرة. الخمسة الأوائل كانوا دائما نفس الشيء.

الآن ، 10 30. وهكذا ، يبدو أن هذا الكون مختلف تمامًا عن هذا الكون. ولكن هناك طرقًا ينمو بها هذا الهيكل ، وسأعود إليها في غضون دقيقة.هذا هو الشيء الثاني الذي أريد أن أتحدث عنه ، هو نمو الهيكل.

لكن ، على الأقل ، كان هناك بعض الاختلاف. كان الناس متحمسين للغاية بشأن هذا ، لأن هذا ، مرة أخرى ، هو موقف تم فيه توقع شيء ما ، وبعد ذلك ، تقوم ببناء قطعة معقدة من الجهاز ، وترى ما تتوقعه. وهذا & # 8217s دائما شيء جيد أن يحدث. يمنحك ذلك الثقة بأنك تعرف ما تتحدث عنه.

وفي حماستهم ، أصبح عدد من العلماء ، نوعًا ما ، متحمسين للغاية. هناك & # 8217s اقتباس مشهور من ستيفن هوكينج. في ذلك الوقت ، قال & # 8211 عن نتائج COBE ، قالها & # 8217s مثل رؤية وجه الله. هذا شيء خطير للغاية ، لأن معظم الناس في العالم ، كما تعلمون ، لا يفهمون كيفية عمل التشبيهات. لذلك ، قال ، إنه يشبه رؤية وجه الله. وقيل: عالم يرى الله. لذا ، عليك أن تشاهد ما تقوله. وكما تعلم ، فإن أخبار العالم الأسبوعية حصلت على هذا وبعد ذلك كانت مشكلة. حسنا. لذلك ، رأوا الله من خلال رؤية الاختلافات في الخلفية الكونية الميكروية. من يعرف؟ حسنًا ، الآن ، إذن.

لذلك ، كان هذا رائعًا ، لكن COBE كان أول صدع في هذا. وبينما رأوا الاختلافات ، لم يروا ذلك بدقة شديدة. كانت صورة ضبابية جدا. إذن ، كان هناك قمر صناعي آخر ، في الواقع ، لا يزال يعمل ، يسمى WMAP. WMAP هو مسبار Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. لذا ، فإن التباين يعني عدم انتظام. كان ويلكينسون & # 8211 ديف ويلكينسون أحد رواد هذا النوع من علم الفلك الراديوي ، وكان قائد هذا المشروع حتى وفاته قبل وقت قصير من إطلاقه ، ثم أطلقوا عليه اسمه بعد ذلك.

وبعد ذلك ، في عام 2003 ، أعلنت WMAP نتائجها ، وحصلت على خريطة أكثر دقة لخلفية الموجات الدقيقة الكونية دقيقة للغاية بحيث يمكنها قياس حجم هذه المخالفات. ليس فقط كم كانت غير منتظمة ، ولكن كم كانت كبيرة. وهذا ، كما اتضح ، يعطيك معلومات كونية. وسأعود إلى ذلك في ثانية. لكني أريد أن أبدأ بعرض بعض الصور لكم هنا. دعونا نرى & # 8217s.

حسنا. هذه هي نتائج COBE. لذا ، اسمحوا لي أن أشرح ما تنظر إليه & # 8217re. ما تنظر إليه هو خريطة للسماء بأكملها. لقد قاموا بإسقاطه على السماء. والطريقة التي يعمل بها هو هذا. أسفل المنتصف هنا ، هذا هو مستوى المجرة. هذا & # 8217s حيث ستكون مجرة ​​درب التبانة. وبعد ذلك ، أي موضع في السماء يرسم هذا الشكل البيضاوي. وهكذا ، فهذه طريقة شائعة للتعبير عن السماء بأكملها. الآن ، هذا في الواقع نوع من البيانات الأولية ، حيث يمكن & # 8211 أنا & # 8217t تذكر الطريقة التي تسير بها. أعتقد أن اللون الأحمر أكثر كثافة قليلاً ، أو في الواقع ، أكثر سخونة ، هو الطريقة التي يقيسون بها ، والأزرق أكثر برودة قليلاً.

لذا ، هناك & # 8217s هذا النوع من نمط يين ويانغ هنا. وذلك لأننا نتحرك في اتجاه ما عبر الكون. وهكذا ، إذا نظرت إلى خلفية الميكروويف في الاتجاه الذي نتحرك فيه ، فستتحول إلى اللون الأزرق قليلاً ، مما يجعلها تبدو أكثر سخونة قليلاً. في حين ، إذا نظرت إلى الوراء من أين أتينا & # 8217 ، فإن ذلك & # 8217s قد انزياح قليلاً إلى الأحمر ، لذلك يبدو أكثر برودة قليلاً. وهكذا ، نحن نتحرك في هذا الاتجاه ، بعيدًا عن هنا ، وهذا التأثير & # 8211it & # 8217s تأثير صغير جدًا لحركتنا عبر الكون & # 8211 يتحول إلى السيطرة على المخالفات في الخلفية الكونية الميكروية.

لكن ، بالطبع ، هذا ليس ما نهتم به. نريد أن نرى ما تفعله الخلفية نفسها. صحيح أيضًا أنه من السهل جدًا إزالة & # 8217s ، لأننا نعرف مدى السرعة التي نتحرك بها. يمكنك أن تعرف من هذا الاتجاه الذي نتحرك فيه ، وكذلك مدى السرعة. ويمكنك فقط إخراج ذلك من الخريطة بأكملها ، وتعديل الخريطة لتكون كيف سنراها إذا لم نتحرك في أي مكان. هذا يبدو مثل هذا.

والآن ، هناك & # 8217s إشارة واضحة. هذه هي مجرة ​​درب التبانة هنا. هناك مصادر لأفران الميكروويف التي تعد & # 8217t الخلفية الكونية الميكروويف. هم & # 8217re أجسام في مجرتنا تصدر الكثير من الموجات الدقيقة. لكن الشيء هو أن طيف الموجات الدقيقة التي تصدرها مختلف تمامًا عن طيف الخلفية الكونية الميكروية.

وهكذا ، إذا لم تلتقط صورة لهذا فقط ، ولكنك أخذت طيفًا حقيقيًا ، وهو ما فعلوه ، يمكنك معرفة الفرق بين الأشياء القادمة & # 8211 الانبعاثات القادمة من الخلفية ، والانبعاثات القادمة من الأجسام الفعلية في مجرتنا. وهكذا ، يمكنك إزالة تلك & # 8211 يمكنك بشكل مصطنع ، رقميًا ، إزالة الكائنات التي لها طيف مرتبط بالأجسام المجرية. وهكذا ، يمكنك فعل ذلك. يمكنك إخراج هذا. وهذا هو ما ينتهي بك الأمر.

يجب أن أقول إن المقياس بين الأحمر والأزرق يتغير بنحو 10 مرات بين كل قطعة من هذه المؤامرات. وهكذا ، فإن الفرق بين الأحمر والأزرق ، هنا ، أصغر بكثير من الفرق بين الأحمر والأزرق هنا.

على أي حال ، كان هذا هو وجه الله ، وفقًا لهوكينج ، لأنه لم يكن سلسًا ، ولأنك تستطيع ، بعد بعض التحليل الشامل للأخطاء ، إقناع نفسك بأنك تعتقد حقًا أن هذه الأجزاء من الخلفية الكونية الميكروية هي في الواقع أكثر سخونة ، و لذلك ، أكثر كثافة من هذه القطع من الخلفية الكونية الميكروية.

لذلك ، كان ذلك انتصارًا كبيرًا. وهذه المخالفات ، إذن ، تكبر لتصبح مجرات ، أو مجموعات من المجرات ، أو مجموعات من المجرات ، لأنها ، كما تعلمون ، كبيرة جدًا. إنهم يمتدون ، كما تعلمون ، جزءًا مهمًا عبر الكون كله. هذه ، كما تعلمون ، خريطة للكون كله ، لأنها ترسم خريطة السماء بأكملها. لذلك ، لن يكبروا ليكونوا مجرات فردية ، لكنهم سوف يكبرون ليكونوا مخالفات في الكون.

حسنًا ، الآن ، هذا هو COBE في التسعينيات. لمقارنة ذلك بنتائج WMAP. هنا ، على نظام ألوان مختلف التصور. غيّرت WMAP ألواننا حتى لا تختلط عليك & # 8217t بين نتائجها ونتائج COBE. إذن ، هذه خريطة COBE مرة أخرى وهذا ما شاهدته WMAP.

ويمكنك أن ترى أنه & # 8217s يرى نفس الأشياء. هذه الكثافة الزائدة هنا ، هذه هي هذه الأشياء هنا. هذا هنا ، هذا & # 8217s هؤلاء ، فقط هو & # 8217s رؤيته كثيرًا ، كثيرًا ، أكثر دقة. وكما تعلمون ، هو نوع من الاختلاف بين صورة تلسكوب هابل الفضائي والصورة الأرضية. إنه & # 8217s يرى نفس الشيء ، لكن الدقة هنا أعلى بكثير. ويمكنك أن ترى أنه قد تكون لديك فرصة لقياس حجم بعض هذه التكتلات في هذه الصورة بطريقة لن تتمكن من القيام بها في هذه الصورة هنا. وهكذا ، كان هذا ما كانت تدور حوله WMAP ، كان في الواقع يقيس أحجام هذه النتوءات الصغيرة في الخلفية الكونية الميكروية.

إذن ، لماذا هذا شيء جيد للقيام به؟ وهنا & # 8217s حيث ، إذا كان لدي خمسة أسابيع ، فسأشرح لك ذلك ، لكنني لا أفعل ، لذا فزت & # 8217t. لذا ، دعني أقول أنه من خلال الأحجام ، يمكنك الحصول على معلومات كونية. ولن أخبركم كيف يعمل ذلك. في الأساس ، يحدث ذلك لأنه إذا كنت & # 8211 ما اكتشفته من هذا هو أن هناك أحجامًا معينة & # 8211 ، فإن الكتل تحب أن تكون أحجامًا معينة ، وهناك عدد قليل جدًا من الكتل ذات الأحجام الأخرى ، لذا فهي أحجام مفضلة بشكل خاص. وتبين أن الأحجام المفضلة تتعلق بعمر الكون في تلك اللحظة وما احتواه الكون حتى ذلك الحين.

لكنني ربح & # 8217t الخوض في ذلك بأي تفاصيل أخرى باستثناء القول إن نتيجة هذا هو ما تقيده ، ما تكتشفه من هذا هو ما يشيرون إليهتوت، وهو مجموع Ωλ و Ωشيء. واتضح أن هذا يساوي 1 ، أقرب ما يمكن & # 8217 قد تمكنوا من قياسه. إنه & # 8217s حوالي 10٪ الآن. واحد ، ربما زائد أو ناقص ، لا أعرف ، 0.1. ربما يكون هذا أفضل قليلاً من ذلك الآن ، بنسبة قليلة.

ولكن الآن ، هذا & # 8217s شيء جيد جدًا أن تعرفه. لأنه ، تذكر كيف بدا هذا من المستعرات الأعظمية وحدها. المنطقة المسموح بها لـ & # 8211so ، هنا & # 8217s 1 و 1. تبدو المنطقة المسموح بها من المستعرات الأعظمية شيئًا كهذا. تحتوي الخلفية الكونية الميكروية على هذين الشيئين يساوي 1 ، وبالتالي ، فإنك تجبر نفسك على أن تكون على خط مستقيم يبدو هكذا.

وهكذا ، فإن هاتين التجربتين معًا تمنحك قيدًا أفضل بكثير على ما يحدث. إذن ، هذا من خلفية الميكروويف. إنها في الواقع نوع من المنطقة التي تبدو مثل هذا. وهكذا ، الآن ، حصلت & # 8217 على منطقة مسموح بها & # 8217 أصغر بكثير من أي من هاتين التجربتين على حدة. تمام.

الفصل الرابع. نمو بنية الكون: تكتل واسع النطاق [00:24:40]

كما قلت ، هناك & # 8217s قيد ثالث وهذا يأتي من نمو الهيكل. عليك أن تتخلص من هذه الاضطرابات الصغيرة التي ، بعد جهد كبير ، شوهدت في الخلفية الكونية الميكروية ، من الأفضل أن تكون مجرات أو مجموعات مجرات أو شيء من هذا القبيل. لذلك ، في ض = 3000 لديك 10 -5 اضطرابات. في ض = 0 ، لديك 10 30 زائد & # 8211 وحتى أكبر من ذلك ، كما تعلم. في الأساس ، الثقب الأسود كثيف بشكل لا نهائي ، لذا أعتقد أنه يمكن أن يكون لديك اضطرابات لا حصر لها ، إذا فكرت في الأمر من وجهة النظر هذه.

وعليك & # 8217 الانتقال من واحد إلى آخر. فكيف يعمل هذا؟ لنفترض أن لديك زيادة طفيفة في الكثافة. حسنا ماذا حدث؟ المنطقة شديدة الكثافة ، والأكثر كثافة قليلاً من الأشياء المحيطة بها ، لديها جاذبية أكبر من المناطق المحيطة بها. وبالتالي ، فإنها تسحب المواد من المناطق المجاورة ، لأن قوة الجاذبية على أي قطعة معينة من الكتلة ستضعها في اتجاه المكان الذي تكون فيه المادة أكثر كثافة ، لأن ذلك هو مصدر الجاذبية. يسحب المواد القريبة.

لكن ، بالطبع ، هذا الإجراء يجعله أكثر كثافة ، لأنه قام بسحب المزيد من الأشياء من المنطقة المجاورة ، مما يجعل الأجزاء الأخرى أقل كثافة. وهكذا ، فهذه عملية عابرة. ثم ، المناطق الأكثر كثافة لا تزال أكثر كثافة. لديهم المزيد من الجاذبية. إنهم يسحبون الأشياء بشكل أسرع. وهكذا ، يمكنك أن تبدأ باضطرابات صغيرة ، وتنمو وتنمو وتنمو وتنمو ، حتى يصبح الفرق بين مجرة ​​وليس مجرة ​​، أو مجموعة مجرات. تبين أن & # 8211even على مخطط WMAP ، أنواع الاضطرابات التي ننظر إليها هي ما يسمى & # 8217s الكبيرة & # 8211 هذا يؤدي إلى البنية الكبيرة الحجم ، وهي توزيعات المجرات وعناقيد المجرات.

لذلك ، هناك & # 8217s مجرات فردية. تحب المجرات العيش في مجموعات. تبين أن المجموعات مجمعة معًا. هذا & # 8217s الهيكل واسع النطاق. ويمكنك رسم ذلك باستخدام & # 8211 من خلال إجراء استطلاعات المجرة. والمشكلة في مسح المجرة هي كيف تعرف مكانها في البعد الثالث؟ كيف تعرف كم هو بعيد؟

لذلك ، لديك موقع في السماء. هذا يخبرك باثنين من إحداثيات مجرة. وبعد ذلك ، تقيس انزياحها نحو الأحمر. ويمكنك استخدام الانزياح الأحمر لتخمين مدى بعده ، فقط من استخدام قانون هابل. لذلك ، بدلاً من محاولة تحديد المسافة من أجل قياس قيمة ثابت هابل ، فإنك تفترض قيمة ثابت هابل الذي تأخذها من مكان ما. وبعد ذلك ، إذا قمت بقياس & # 8211 ، يمكنك & # 8211 ، بمجرد افتراض قيمة ثابت هابل ، يمكنك استخدام الانزياح الأحمر لإخبارك بالمسافة المفترض أن تكون.

وهكذا ، تحصل على خريطة ثلاثية الأبعاد للسماء ، وهذا يخبرنا ما هو الهيكل الآن. يمكنك بعد ذلك مقارنة ذلك بـ & # 8211 ، يمكنك بعد ذلك محاكاة نمو البنية عن طريق الكمبيوتر. تبدأ بالخلفية الكونية الميكروية ، بما تعرفه عن الخلفية الكونية الميكروويف. أنت تطبق قوانين الجاذبية. ويمكنك أيضًا وضعها في القليل من الطاقة المظلمة إذا كنت ترغب في ذلك ، لتغيير كيفية & # 8211 وهذا في الواقع يغير كيفية عمل النمو ، كما قد تتخيل. لكن يمكنك التمسك بأي معايير كونية تريدها ، وتطبيقها فقط عندما ينمو الكون من انزياح أحمر بمقدار 3000 إلى الآن. وبعد ذلك ، يمكنك تحديد شكل المحاكاة الآن ، حيث يتم تحديد الآن ، كما تعلمون ، بعد 13.7 مليار سنة من البدء. وأنت تسأل ، هل تبدو متشابهة؟ تبدو نفس الملاحظات؟

الآن ، على طول الطريق ، عندما & # 8217re تطبق الجاذبية في كل هذه الأشياء ، عليك أن تفترض المعلمات الكونية & # 8211 كم الطاقة المظلمة الموجودة ، ولكن بشكل خاص ، مقدار المادة المظلمة الموجودة. لأنه ، من المهم & # 8217s سحب اضطرابات الكثافة هذه معًا & # 8211 كم كمية المادة المظلمة وبعض خصائصها. إذن ، ما تفعله هو تشغيل برنامج الكمبيوتر الخاص بك عدة مرات ، مرارًا وتكرارًا ، بكميات مختلفة من الطاقة المظلمة ، والمادة المظلمة ، وأشياء من هذا القبيل. وترى أي من هذه المحاكاة ينتج كونًا يشبه في الواقع الكون الذي نراه. إذن ، ما هي معلمات الإدخال التي تمنحك الملاحظات؟

إذن ، هذا بشكل عام ، كيف يعمل العلم الحسابي. هذه هي الطريقة ، كما تعلمون ، نماذج الاحتباس الحراري الكبيرة ، كل هذه الأنواع من الأشياء تعمل بهذه الطريقة. تضع الكثير من الفيزياء ، والكيمياء ، مهما يكن ، كما يمكنك أن تفهم. قم بعمل محاكاة حاسوبية كبيرة. أنت تختار مجموعة من شروط البداية. في هذه الحالة ، هذا & # 8217s سهل ، لأنك تلاحظ الخلفية الكونية الميكروويف. أنت تدير الشيء لفترة من الوقت ، وتسأل ، هل يبدو وكأنه واقع حقيقي؟ وإلى الحد الذي تبدو عليه الحياة الواقعية ، فأنت تعتقد أنك & # 8217 قد وضعت كل الفيزياء المهمة وكل العلوم المهمة في محاكاتك.

ثم تسأل ، حسنًا ، بالنظر إلى نتائج هذه المحاكاة التي يبدو أنها تمثل الحياة الواقعية ، ما الذي تتوقعه؟ لذا ، يمكنك القيام بأشياء ، على سبيل المثال ، في نماذج الاحتباس الحراري ، يمكنك إضافة مجموعة كاملة من الكربون إلى الغلاف الجوي ، ثم تسأل ، ماذا سيحدث الآن & # 8217؟ وبنتائج مختلفة.

وهكذا ، هذا نوع من مثال لنوع عام من العلم يتم الآن القيام به بشكل متكرر أكثر فأكثر & # 8211 هذا النوع من المحاكاة الحسابية للواقع ، والتي يمكنك بعد ذلك التحقق منها بطريقة ما مقابل الواقع. وبعد ذلك ، إلى الحد الذي ينجح فيه ، يمكنك استخدامه للتنبؤ بالواقع في مجموعات أخرى من الظروف.

لذا ، دعني أريكم بعضًا من ذلك. حسنا. هنا & # 8217s خريطة الكون. هذه ملاحظات. هذا مسح انزياح أحمر مشهور. إذن ، ما حصلت عليه & # 8217 هو انزياح أحمر يتصاعد بهذه الطريقة ، أو في الواقع ، رسموا السرعة والموضع على السماء في هذا الاتجاه. هذا نوع من شريحة الكون ، لذا لم يخرج بعدًا ثالثًا من السبورة ، لأنهم لم يستخدموه للتو. ويمكنك أن ترى أن كل نقطة هي مجرة. لم يتم توزيعها بشكل عشوائي في هذه المؤامرة. من الواضح أن هذا الرجل الصغير هنا مفرط في الكثافة. وهناك أيضًا أماكن & # 8211 يعتقدون أنها & # 8217 كاملة حتى الحافة هنا. هناك أيضًا أماكن لا توجد فيها مجرات تقريبًا. هذه تسمى الفراغات. هناك جدران وفراغات.

وبعد ذلك ، عندما أخذوا المزيد والمزيد من الشرائح لبناء البعد الثالث ، انتهى بهم الأمر بالحصول على أشياء تبدو مثل هذا. وهناك كثافات زائدة واضحة في بعض & # 8211 هذا يسمى سور الصين العظيم. توجد كثافات زائدة واضحة في بعض الأماكن ونقص واضح في الكثافة في أماكن أخرى. واتضح أن البنية الكبيرة للكون تشبه نوعًا ما الفقاعة ، بعض فقاعات الصابون.

وهكذا ، فإنهم & # 8217 لديهم جدران ، وبعد ذلك ، هناك فراغات في منتصف الجدران. وحيث تتصل هذه الجدران هي كتل كثيفة بشكل خاص. هناك طريقة أخرى يمكنك التفكير بها وهي أن هناك هذه الأنواع من هذه الخيوط ، أشياء تمر عبر الفضاء حيث توجد أعداد كبيرة بشكل غير عادي من المجرات.

لذا ، فإن أحدث مسح للانزياح نحو الأحمر ، والذي خرج كثيرًا ، أبعد بكثير مما أظهرته لكم للتو ، كان هذا هو الأول. هذا النوع من الخروج إلى هنا. لكنهم الآن # 8217 لديهم 2DF ، حقل درجتين. هذا تلسكوب يمكنه النظر إلى & # 8211 قياس الانزياح الأحمر للمجرات في حدود درجتين من بعضها البعض في نفس الوقت. لذلك ، تحصل على العديد والعديد من الانزياحات الحمراء. أعتقد أن لديهم ما يقرب من & # 8211 ربما 100000 انزياح أحمر. هنا. كل نقطة زرقاء هي مجرة.

ويمكنك رؤية الهيكل. يمكنك أن ترى الهيكل نظيفًا حقًا مع هذه المساحات الخالية المحاطة بالجدران. وبعد ذلك ، عندما تصطدم الجدران ببعضها البعض ، هناك كتل كثيفة من المجرات بشكل خاص. لذلك ، هذا هو الهيكل الحالي للكون الذي نريد لمحاكاتنا أن تبدو وكأنها في نهاية المطاف. نعم؟

طالب علم: لماذا [غير مسموع]

البروفيسور تشارلز بيلين: أوه ، لأنهم بعد ذلك يتوقفون عن الاكتمال. إنهم فقط لا يرون كل المجرات ، لأن هناك مجرات خافتة يمكنهم قياسها & # 8217t. وهكذا ، بعيدًا عن هذا المكان ، فهم لا يقيسون كل المجرات الموجودة هناك.

حسنًا ، دعوني أريكم محاكاة الآن. دعونا نرى & # 8217s. هيا. ها نحن. حسنا. سأعود & # 8217 سأعود وأخبرك بما ستنظر إليه في ثوانٍ معدودة. ولكن هنا تطور الكون كما حدث بواسطة الكمبيوتر. حسنا. والآن ، دعني & # 8211 من أين نبدأ؟ الانزياح الأحمر هنا. وهكذا ، سننتقل من انزياح أحمر بمقدار ثلاثين تقريبًا ، عندما كان الكون أصغر بمقدار ثلاثين مرة مما هو عليه ، إلى انزياح أحمر بمقدار صفر ، وهو اليوم. وسننظر في هذا المربع. هذا جزء صغير من الكون. من المفترض أن تكون كل واحدة من هذه النقاط مجرة. الآن ، عند انزياح أحمر بمقدار ثلاثين ، لم يكونوا مجرات بعد. هم & # 8217re مجرد كثافات زائدة من الغاز.

الآن ، سيحدث شيئان ، منذ أن بدأ الانزياح نحو الأحمر الآن. الأول هو أن الصندوق سيصبح أكبر بثلاثين مرة. الكون كله سوف يتوسع. وهذا مضمّن في المحاكاة ، لكننا لن نقوم بتضمينه عندما نصنع الفيلم ، لأنه يجعل من الصعب رؤية ما يحدث & # 8217s.

وهكذا ، إذا كنت & # 8217ll تذكر نظام الإحداثيات ، فإن الطريقة التي يعمل بها هناك & # 8217s أوقات عامل المقياس هذا x, ذ, ض وضع. نحن نخرج عامل المقياس. إذن ، هذا الصندوق هو جزء واحد من الكون. & # 8217s ستتوسع بمعامل 30 ، لكنك & # 8217re لن ترى التوسع هنا. كل ما ستراه هو الحركة في x, ذ و ض ، ليس عامل المقياس ، لأن هذه الأشياء تتحرك تجاه بعضها البعض.

الآن ، عندما تبدأ ، يبدو أنها & # 8217s موزعة بشكل متساوٍ ، لكن في الواقع ، هناك القليل من الاضطرابات في الكثافة وما سيحدث هو أن المجرات ستتدفق نحو الاضطرابات وستزداد الاضطرابات. و & # 8211 تتبع الانزياح الأحمر هنا. المعدل الذي يتغير به الانزياح الأحمر يختلف مع الوقت ، لأن ما نحسبه هنا ليس انزياحًا أحمر ، بل خطوات زمنية. والعلاقة بين الوقت والانزياح نحو الأحمر ليست واضحة.

لذا ، دعونا نلقي نظرة أخرى على نمو الهيكل هنا.شاهدهم جميعًا يتحركون نحو بعضهم البعض ، يتجمعون في هذه الخيوط ، ويتركون مناطق بأكملها في فراغات. وبعد ذلك ، ينتهي بك الأمر & # 8211 جيدًا ، ينتهي بك الأمر مرة أخرى حيث بدأت ، بالطريقة التي تعمل بها حلقة الفيلم هذه. لكن اسمحوا لي أن أريكم تصورًا مختلفًا لنفس البيانات بالضبط.

كما تعلم ، هذا كله موجود على الكمبيوتر. يمكنك أن تفعل أي شيء تريده. إنهم يصنعون هذه الأشياء الرائعة حيث تطير نوعًا ما عبر الكون أثناء تطوره وما إلى ذلك. لا أعتقد أن هذا & # 8217s مسلية ، لكني لا أعتقد أنه & # 8217s تعليمي للغاية. شيء واحد مفيد: لقد أخذوا هذا الصندوق واستمروا في تدويره أثناء دوران هذا الفيلم حوله. وهذا مفيد ، لأنك ترى هذه الهياكل من زوايا مختلفة ، وأعتقد أنها تجعل من السهل تخيلها. لذا ، دعونا نجرب ذلك.

انظر ، إنها & # 8217s نفس المحاكاة ، باستثناء الصندوق الذي يدور ، وهكذا ، فأنت تحصل على إحساس أفضل ، كما أعتقد ، لما تبدو عليه هذه الهياكل في الواقع. سأفعل ذلك مرة أخرى. عندما تتجمع في هذه الخيوط وتتجمع الخيوط معًا. وهكذا ، ما يمكنك فعله بإخراج شيء كهذا ، مع ما هو عليه في النهاية & # 8211whoops ، فاتني. جربها مرة أخرى. دعني أرى ما إذا كان بإمكاني التوقف مؤقتًا قبل أن تحصل على & # 8211 قبل إعادة تجميعها.

حسنا. إذن ، هذا انزياح صغير نحو الأحمر. عندما تصل إلى هذه النقطة ، هناك طرق رياضية للقول ، كما تعلم ، ما مدى تكتلها؟ ما مدى خيط هو؟ ويمكنك مقارنة نتائج المحاكاة من هذا النوع بالملاحظات الفعلية من استطلاعات الانزياح الأحمر. وهكذا ، في هذه الحالة بالذات ، نجحت. لذا ، دعني أعود إلى هنا & # 8211yes & # 8211oh ، إنه & # 8217s بالأسفل هنا & # 8211whoops. هناك نذهب. هناك ، هذا هو المكان الذي أريد أن أكون فيه في الوقت الحالي.

والنتيجة المترتبة على هذه الأنواع من الأشياء هي ، كما قلت سابقًا ، أن معظمها ، كما قلت سابقًا ، في الغالب ما تقيده ، وهكذا ، تقارن المحاكاة باستطلاعات الانزياح الأحمر. والنتيجة هي أنك تقيد كمية المادة المظلمة وأيضًا إلى حد أقل نوع وسلوك المادة المظلمة. لأنه & # 8217s الأمر الذي & # 8217s تجميع الأشياء معًا. وبطريقة ما ، يمكنك التفكير في هذه الكتل والخيوط الصغيرة. تلك الأماكن التي توقف فيها الكون بالفعل وانكمش. لذلك ، كان لديها القليل من الكثافة الإضافية. لذا ، فقد وصلت إلى & # 8211 ، لقد تجاوزت الكثافة الحرجة. وهكذا ، توقف هذا الجزء الصغير من الكون واستدار ، على الرغم من استمرار الكون ككل في التوسع.

الفصل 5. درجة التكتل والمصائر المحتملة للكون [00:39:30]

حسنًا ، الآن. ما الذي نملكه؟ لنعد & # 8217s إلى المؤامرة. هناك & # 8217s 1. هنا & # 8217s 1. وهكذا ، لدينا المستعرات الأعظمية التي تجبرك على أن تكون في هذا المربع ، هنا. لدينا خلفية الموجات الكونية التي تجبرك على أن تكون في هذا الصندوق هنا والآن ، سيكون لدينا خط عمودي مستقيم في هذه المؤامرة ، لأننا نعرف مقدار المادة المظلمة من محاكاة البنية.

الآن ، هناك احتمالان. لنفترض أنها تأتي هنا ‒ هذه إجابة جيدة ، لأنه بعد ذلك ، كل شيء متسق. بدلا من ذلك ، يمكن أن يأتي هنا. سيكون هذا محرجًا ، لأنه إذا جاء هناك ، فلن تكون هناك إجابة تفي في نفس الوقت بكل هذه القيود. وبالتالي ، هناك خطأ ما إما في أحد هذه المحددات للمعلمات الكونية ، أو في النظرية ككل. يمكن أن يكون إما سوء ملاحظة أو سوء نظري.

وتذكر واحدًا - كما تعلم ، لقد افترضنا بالفعل - حتى في صنع هذه الحبكة ، أنت & # 8217re تفترض أنك & # 8217re تتعامل مع ثابت كوني كشكل للطاقة المظلمة. وكما ناقشنا في المرة السابقة ، من الممكن أن يكون & # 8217s ليس ثابتًا ، لأنه & # 8217s شيء آخر. وهكذا ، إذا انتهى بك الأمر & # 8211 إذا لم تنجح هذه الأشياء & # 8217t ، عليك & # 8217d أن تسأل نفسك ، هل لدي أي فكرة عن كيفية عمل الطاقة المظلمة؟ وستكون الإجابة ، لا ، وعليك نوعًا ما التخلي عن الثابت الكوني.

أعتقد أن & # 8217s أسهل طريقة للخروج إذا كانت الأشياء لا تعمل ، لأن dark matte & # 8211 لا نعرف ما هو عليه ، لكننا نعرف ما يفعله. إنها تمارس الجاذبية وتجمع الأشياء معًا. لذا ، بغض النظر عن الإجابة على ما هو عليه ، ستظل جاذبيته كما هي. الطاقة المظلمة & # 8211 ليس فقط لا نعرف ما هي ، نحن لا نعرف حقًا ما الذي تفعله ، باستثناء أنه في الوقت الحالي ، يتسبب في قدر معين من التسارع.

وبالتالي ، إذا كنت مقتنعًا بأن جميع الملاحظات كانت صحيحة ، فقد تعتقد أيضًا أن عمليات المحاكاة الخاصة بك قد أغفلت شيئًا مهمًا. يمكن أن يكون ذلك بسهولة أنك لا تفهم تمامًا كيف تتطور البنية من ملف ض 3000 حتى الآن. هذا & # 8217s صحيح بالتأكيد على مستوى ما ، وبالتالي ، هناك طرق مختلفة يمكنك الخروج منه.

لكن الشيء الجميل في الأمر أنه & # 8217s اختبار لعلم الكونيات. في الأساس ، إذا كان لديك قياس واحد لمتغيرين ، المتغيرات هي مقدار الطاقة المظلمة وكمية المادة المظلمة ، فهذا لا يخبرك & # 8211 ، كل ما يفعله هو أنه يؤسس علاقة بين المتغيرين. إنه لا يقيس أيًا منهما في الواقع. وهكذا ، تحصل على بعض المناطق المسموح بها مثل هذا أو هذا ، لكنك لا تقوم بالفعل بإجراء قياس.

إذا كان لديك قياسين لمتغيرين & # 8211 إذا كنت تفكر في الأمر بالمعنى الرياضي ، فهذه معادلتان ومجهولان. هذا يمكنك حله. إذن ، فأنت تقيس قيم & # 8211 أيضًا ، في هذه الحالة ، Ωλ و Ωشيء. وهذا لطيف & # 8217s. بعد ذلك ، يمكنك ، كما تعلم ، اقتباس ماهية القيم ، بمجرد قيامك بذلك & # 8211 ، مهما كانت دقة القياس الخاصة بك.

إذا كان لديك ثلاثة قياسات لمتغيرين ، فهذا اختبار للنظرية ، لأنه ليس مضمونًا أنك & # 8217 ستحصل على نتيجة متسقة. بشكل عام ، إذا كتبت ثلاثة أسطر في مساحة ثنائية الأبعاد ، فلن تختار نقطة واحدة ، لأنها لا تتقاطع في نفس المكان. وهكذا ، إذا فعلوا ذلك ، فستحصل & # 8217 على نتيجة متسقة. وبعد ذلك ، قمت باختبار النظرية لأن توقعك هو أن كل هذه الخطوط الثلاثة تتقاطع في نفس المكان. لا يتعين عليهم القيام بذلك. لذا ، إذا قمت بقياس شيء ما وعمل بهذه الطريقة ، فأنت & # 8217 قد اختبرت النظرية ، وظلت في المقدمة.

لذا ، اسمحوا لي أن أنهي فصل اليوم & # 8217s بإظهار الإجابة لك. هذا ما نعرفه عن الكون. لنرى ، ماذا فعلت بـ & # 8211oh ، ها هو. هذه هي المنطقة المسموح بها من المستعرات الأعظمية. وما فعلوه هو ، في كل حالة ، هناك & # 8217s نوع من & # 8211 أعتقد أنه & # 8217s منطقة سيجما واحدة. لذلك ، هناك & # 8217s a & ampfrac23 فرصة & # 8217 العيش في الداخل هنا ، و & # 8211 أيضًا ، فرصة أكثر من 90 ٪ أن يعيش داخل المنطقة الأوسع.

لذا ، فإن المستعرات الأعظمية تجبرك على أن تكون هنا. الخلفية الكونية الميكروويف هي النتيجة الخضراء وهي تجبرك على أن تكون هنا. وبعد ذلك ، تجبرك المجموعات ، المجموعات واسعة النطاق ، على أن تكون هنا ، وتتقاطع. إذن ، هذا هو الانتصار الكبير. لقد اختبرت النظرية من خلال قياسها بثلاث طرق مختلفة لمعاملتين - أي كثافة الطاقة المظلمة وكثافة المادة المظلمة.

الآن ، هناك بعض الأشياء الأخرى المثيرة للاهتمام التي يجب ملاحظتها في هذه المؤامرة. إحداها أنه في بعض الحالات يتمدد الكون إلى الأبد ، وفي بعض الحالات ينهار من جديد. ونحن & # 8217 في منطقة التوسع. هناك & # 8217s أيضًا مسألة هندسة الكون. كلما زاد عدد الأشياء ، سواء كانت طاقة مظلمة أو مادة مظلمة ، أصبح الكون أكثر انحناءًا.

وهكذا ، يمكنك أن تسأل نفسك ، هل الكون منحني بطريقة تجعله ينحني مرة أخرى على نفسه؟ هل هو مسطح بشكل أساسي ، مما يمنحك الهندسة الإقليدية ، أم أنه ينحني للخلف ويمتد إلى ما لا نهاية؟ وهذا & # 8217s هذه المواقف الثلاثة ، هنا. إذا كان المجموع يساوي 1 ، يكون الكون مسطحًا وإقليديًا. وهكذا ، هذا يفصل بين هذين.

الآن ، كما أشار أحدهم قبل فصول قليلة ، إذا كان لديك الكثير من الطاقة المظلمة ، فلن تتجاوز الصفر أبدًا. ولن يكون لديك انفجار كبير ، لأن التسارع كان عظيماً لدرجة أنك يجب أن تبدأ في النزول عازمة على ما نحن فيه الآن. هذا هو & # 8217s هذه المنطقة هنا. لا الانفجار العظيم. وهكذا ، نحن بعيدون جدًا عن ذلك أيضًا.

وبالتالي ، هذا يلخص ما نعرفه حاليًا عن توسع الكون. أن لدينا قيدًا يسير بهذه الطريقة ، قيد يسير بهذه الطريقة ، قيد يسير بهذه الطريقة. ويمكنك أن ترى لماذا أقول أنه من نوع ما بالمعنى الفلسفي ، فإن جميع هذه القياسات الثلاثة متساوية في الأهمية ، لأن حقيقة أنك & # 8217 قد حصلت على ثلاثة منها تسمح باختبار النظرية.

وتحدثنا كثيرًا عن المستعرات الأعظمية. يمكنك التحدث بنفس القدر عن الخلفية الكونية الميكروية أو عن المجموعات واسعة النطاق ، ومقارنة عمليات المحاكاة مع استطلاعات الانزياح الأحمر. من الواضح أنه لن يكون لدينا وقت للقيام بذلك ، لكن هذه الحبكة تلخص ما نعرفه عن الكون. حسنا شكرا.


نتائج علم الكونيات للعام الأول DES: أوراق

تعمل هذه الصفحة كمدخل لسلسلة من 10 أوراق بحثية حول نتائج علم الكونيات DES ودعمًا لها من العام الأول (Y1) للمسح ، والذي تم إصداره في 3 أغسطس 2017. لكل ورقة ، انقر فوق & # سيأخذك 8216Link & # 8217 إلى arXiv ، حيث يمكن الوصول إلى ملفات pdf. في الخميس ، 3 أغسطس ، 2017 ، ألقى دانيال غروين محاضرة حول هذه النتائج في اجتماع قسم الجسيمات وحقول الأمبيرات التابع لـ APS في Fermilab. يمكن الوصول إلى مقطع فيديو لهذا الحديث بالإضافة إلى الشرائح هنا ، وكذلك في معرض الفيديو الخاص بنا ، حيث يمكنك العثور على جميع مقاطع فيديو DES الخاصة بنا.

جميع الأوراق مدرجة أيضًا في صفحة منشورات DES.

يمكن العثور على جميع التغطية الإعلامية والبيانات الصحفية على DES في صفحة الأخبار.

إذا تم تنسيق هذه الصفحة بشكل غريب ، فيرجى محاولة ضبط التكبير / التصغير على 100٪.

/> القيود المفروضة على مقياس تكتل توزيع المادة (S.8) والكثافة الجزئية للكون في المادة (Ωم) من قياسات 3 DES Y1 المجمعة (أزرق) ، وقياسات Planck CMB (أخضر) ، وتركيبها (أحمر).

نتائج مسح الطاقة المظلمة للعام الأول: القيود الكونية من مجموعة المجرات والعدسات الضعيفة

تعاون DES | المؤلف المراسل: [email protected] | نهاية لهذه الغاية

يجمع هذا البحث بين قياسات DES Y1 لتكتل المجرات ، وعدسة المجرة-المجرة ، والقص الكوني الضعيف للعدسة لاشتقاق قيود على المعلمات الكونية ، والمقارنة مع القياسات من التجارب الأخرى ، والجمع مع البيانات الخارجية للحصول على قيود صارمة.

قياس DES Y1 للقص الكوني في 10 أزواج من صناديق الانزياح الأحمر للمجرة المصدر ، باستخدام أشكال 26 مليون مجرة.

نتائج مسح الطاقة المظلمة للعام الأول: القيود الكونية من القص الكوني

إم إيه تروكسيل وآخرون | المؤلف المقابل: [email protected] | نهاية لهذه الغاية

تقدم هذه الورقة الكشف الأكثر أهمية عن القص الكوني الضعيف للجاذبية العدسية في مسح المجرات حتى الآن ، باستخدام أشكال 26 مليون مجرة ​​في 4 صناديق انزياح حمراء ، واستنبطت القيود على المعلمات الكونية منها. هذا هو أحد القياسات الثلاثة المستخدمة في & # 8220Cosmological القيود من Galaxy Clustering و Weak Lensing. & # 8221

نتائج مسح الطاقة المظلمة للعام الأول: عناقيد المجرات لتحقيقات مشتركة

J. Elvin-Poole ، وآخرون | المؤلف المقابل: [email protected] | نهاية لهذه الغاية

تعرض هذه الورقة قياسات التجمعات المكانية لـ 660.000 مجرة ​​حمراء في 5 حاويات انزياح أحمر وتوضح متانة النتائج ضد الأخطاء المنهجية. هذا هو أحد القياسات الثلاثة المستخدمة في & # 8220Cosmological القيود من Galaxy Clustering و Weak Lensing. & # 8221

قياس عدسات المجرة-المجرة DES Y1 في 5 حاويات انزياح أحمر للعدسات ، تظهر النتائج لـ 4 صناديق انزياح حمراء لمجرة المصدر في كل حالة.

نتائج مسح الطاقة المظلمة للعام الأول: Galaxy-Galaxy Lensing

جيه برات ، سي سانشيز ، وآخرون | المؤلفون المراسلون: [email protected]، [email protected] | نهاية لهذه الغاية

تعرض هذه الورقة قياسات ارتباط قص المجرات من 26 مليون مجرة ​​مصدر (من Zuntz ، وآخرون) مع مواقع 660.000 مجرة ​​عدسة أمامية حمراء (من Elvin-Poole ، وآخرون) ، بسبب عدسات الجاذبية الضعيفة. هذه واحدة من مجموعات البيانات الثلاثة المستخدمة في & # 8220Cosmological القيود من Galaxy Clustering و Weak Lensing. & # 8221

تظهر البصمة كثافة المجرة لكتالوج القص DES Y1 Metacalibration ، والذي يحتوي على 34.8 مليون كائن على مساحة 1500 درجة مربعة. يظهر المخطط التفصيلي لمساحة 5000 درجة مربعة لمدة 5 سنوات باللون الأزرق.

نتائج مسح الطاقة المظلمة للعام الأول: كتالوجات أشكال العدسة الضعيفة

J. Zuntz ، E. Sheldon ، وآخرون | المؤلفون المراسلون: [email protected]، [email protected] | نهاية لهذه الغاية

يقدم هذا البحث كتالوجات شكل المجرة لقياسات العدسة الضعيفة DES Y1 ، باستخدام خطي أنابيب مستقلين لقياس القص ، Metacalibration و im3shape. تُستخدم هذه القياسات في تحليل القص الكوني (تروكسيل وآخرون) وتحليل عدسات المجرة-المجرة (برات وآخرون).

تم اشتقاق توزيعات الانزياح الأحمر من 3 طرق مختلفة لـ 26 مليون مجرة ​​مصدر مستخدمة في قياسات العدسة الضعيفة DES Y1.

نتائج مسح الطاقة المظلمة للعام الأول: توزيعات الانزياح الأحمر لمجرات مصدر العدسة الضعيفة

ب. هويل ، د. جروين ، وآخرون | المؤلفون المراسلون: [email protected]، [email protected] | نهاية لهذه الغاية

يصف هذا البحث اشتقاق والتحقق من صحة توزيع الانزياح الأحمر لمجرات المصدر المستخدمة في قياسات العدسة الضعيفة DES Y1.

توضيح لمشكلة قياس أشكال المجرات في الصور ذات المجرات القريبة في الحقل: الكائنات المدخلة دائرية ولكن الشكل المستنتج بيضاوي الشكل.

نتائج مسح الطاقة المظلمة للعام الأول: تأثير Galaxy Neighbours على ضعف العدسة الكونية باستخدام IM3SHAPE

س. ساموروف وآخرون | المؤلف المقابل: [email protected] | نهاية لهذه الغاية

يستخدم هذا البحث صور محاكاة DES Y1 لاستكشاف تأثير المجرات المجاورة على قياسات شكل المجرات باستخدام im3shape وبالتالي على قيود علم الكونيات من القص الكوني الضعيف بعدسة العدسة.

نموذج مصفوفة الارتباط للقياسات الثلاثة المستخدمة في تحليل DES Y1: القص الكوني ، عدسة المجرة-المجرة ، وتكتل المجرات.

نتائج مسح الطاقة المظلمة للعام الأول: منهجية متعددة المسابر وتحليلات الاحتمالية المحاكاة

إي كراوس ، ت. إيفلر ، وآخرون | المؤلفون المراسلون: [email protected]، [email protected] | نهاية لهذه الغاية

يقدم هذا البحث منهجية الجمع بين القياسات الثلاثة المستخدمة في DES Y1 لاشتقاق القيود الكونية: حشد المجرات ، عدسة المجرة-المجرة ، القص الكوني.

خريطة كتلة العدسة الضعيفة في السماء المنحنية من بيانات السنة الأولى لمسح الطاقة المظلمة

سي تشانغ وآخرون | المؤلف المقابل: [email protected] | نهاية لهذه الغاية

باستخدام تشوهات طفيفة لأشكال 26 مليون مجرة ​​بعيدة بسبب عدسات الجاذبية الضعيفة ، تقدم هذه الورقة خريطة للكثافة المتوقعة للمادة المظلمة التي تمتد لعدة مليارات من السنين الضوئية.

خريطة توضح إمكانية تكرار قياسات DES Y1 لسطوع الكائنات في النطاق r ، وتقارن التعريضات المختلفة للأجزاء نفسها من السماء.

نتائج مسح الطاقة المظلمة للعام الأول: مجموعة البيانات الضوئية لعلم الكونيات

A. Drlica-Wagner وآخرون | المؤلف: [email protected] | نهاية لهذه الغاية

تصف هذه الورقة الكتالوج الذهبي DES Y1 ، والذي يتضمن قياسات لـ 137 مليون كائن (مجرات ونجوم) في 5 مرشحات (grizY) على مساحة 1800 درجة مربعة من السماء. هذه البيانات تكمن وراء العديد من نتائج علم الكونيات DES Y1.

تويتر

أحدث تغذيات Twitter

موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك

العلماء يستفيدون من HPC و AI للتنافس على "حديقة حيوانات المجرة"

طور فريق البحث طريقة جديدة لتصنيف مئات الملايين من المجرات. بدلاً من الاعتماد على تصنيف التعهيد الجماعي ، استخدم الباحثون المعرفة من شبكة Xception العصبية الحديثة ، جنبًا إلى جنب مع مجموعات البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة مشروع Galaxy Zoo ، لتدريب نماذج التعلم العميق. ثم قاموا بتطبيق النموذج المُدرَّب على الصور المجرية من مسح الطاقة المظلمة (DES) - حيث حقق دقة تصل إلى 99.6٪ في تحديد المجرات الحلزونية والإهليلجية.

تم الانتهاء من ثلاث دراسات استقصائية للسماء استعدادًا لاستخدام أداة التحليل الطيفي للطاقة المظلمة

استغرق الأمر ثلاثة مسوحات للسماء - أجريت في تلسكوبات في قارتين ، تغطي ثلث السماء المرئية ، وتتطلب ما يقرب من 1000 ليلة مراقبة - للتحضير لمشروع جديد سيخلق أكبر خريطة ثلاثية الأبعاد لمجرات الكون وتجمعها. رؤى جديدة حول تسارع توسع الكون. سيستكشف مشروع Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) هذا التوسع ، مدفوعًا بخاصية غامضة تُعرف باسم الطاقة المظلمة ، بتفصيل كبير. ويمكنها أيضًا أن تحقق اكتشافات غير متوقعة خلال مهمتها التي استمرت خمس سنوات.

قياسات متعددة قريبة من الطاقة المظلمة

يشير تحليل شامل لأربع ظواهر مختلفة داخل الكون إلى الطريق لفهم طبيعة الطاقة المظلمة ، كما كشف تعاون بين أكثر من 100 عالم. الطاقة المظلمة - القوة التي تدفع تسريع الكون المتسع - شيء غامض. كتب عالم التلسكوب تيموثي أبوت من مرصد سيرو تولولو الدولي في تشيلي وزملاؤه أن الطبيعة "غير معروفة ، وفهم خصائصها وأصلها هو أحد التحديات الرئيسية في الفيزياء الحديثة". في الواقع ، هناك الكثير على المحك. تشير القياسات الحالية إلى أنه يمكن دمج الطاقة المظلمة بسلاسة في نظرية النسبية العامة باعتبارها ثابتًا كونيًا ، لكن لاحظ الباحثون أن هذه القياسات بعيدة عن الدقة وتتضمن نطاقًا واسعًا من الاختلافات المحتملة.

وجهة نظر: الطاقة المظلمة تواجه تحقيقات متعددة

أحد أهم أهداف علم الكونيات اليوم هو فهم الطاقة المظلمة المسؤولة عن التوسع المتسارع للكون. هل تتوافق الطاقة المظلمة مع الثابت الكوني للنسبية العامة - التي تمثل كثافة طاقة ثابتة تملأ الفضاء بشكل متجانس؟ أو هل يمكننا إيجاد انحرافات عن النسبية العامة في المقاييس الكونية تشير إلى طبيعة أكثر تعقيدًا للجاذبية؟ تحفز أسئلة مثل هذه الأجيال الحالية والقادمة من الاستطلاعات التي تهدف إلى رسم خريطة لأحجام أكبر من الكون ، باستخدام مجموعة متنوعة من المسابير لتقييد خصائص الطاقة المظلمة. لقد اشتق مسح الطاقة المظلمة (DES) الآن مثل هذه القيود من التحليل المشترك لأربعة ملاحظات أساسية تتعلق بالطاقة المظلمة: المستعرات الأعظمية ، والتذبذبات الصوتية للباريون ، وعدسة الجاذبية ، وتكتل المجرات [1]. تؤكد الحدود الناتجة ما عرفناه من الدراسات السابقة ، والتي ركزت على المجسات الفردية. لكن النتائج تشير إلى أن هذا النهج متعدد الميكروبات قد يسمح للمسوحات في عشرينيات القرن العشرين بتحسين مثل هذه القيود بأوامر من حيث الحجم ، وربما يقربنا من حل لغز الطاقة المظلمة.

المستعرات الأعظمية والطاقة المظلمة ومصير كوننا

ما هو المصير النهائي لكوننا؟ هل الزمكان متجهًا للاستمرار في التوسع إلى الأبد؟ هل ستتطاير متباعدة ، ممزقة حتى الذرات إلى قطع صغيرة؟ أم أنها ستعود إلى نفسها؟ النتائج الجديدة من Dark Energy Survey Supernovae تعالج هذه الأسئلة وغيرها. في الوقت الحاضر ، يتوسع نسيج كوننا - ليس هذا فقط ، ولكن تمدده يتسارع. لشرح هذه الظاهرة ، نستدعي ما يعرف بالطاقة المظلمة - شكل غير معروف من الطاقة موجود في كل مكان ويمارس ضغطًا سلبيًا ، مما يؤدي إلى التوسع. منذ اقتراح هذه الفكرة لأول مرة ، أجرينا عقودًا من البحث لفهم ماهية الطاقة المظلمة بشكل أفضل ، ومقدارها ، وكيف تؤثر على كوننا.


الجوهر ، تسريع الكون؟

عندما تشك في ذلك ، عد إلى الأساسيات. هذا بالضبط ما فعله علماء الكونيات لشرح سبب تسارع كوننا.

الكلمة الطنانة الجديدة في علم الكونيات هذه الأيام هي "الجوهر" ، مستعارة من الإغريق القدماء الذين استخدموا المصطلح لوصف "العنصر الخامس" الغامض - بالإضافة إلى الهواء والأرض والنار والماء - الذي ثبت القمر والنجوم في مكانه. . يقول بعض علماء الكونيات إن الجوهر هو نوع غريب من مجال الطاقة يدفع الجسيمات بعيدًا عن بعضها البعض ، ويتغلب على الجاذبية والقوى الأساسية الأخرى.

إذا كان الجوهر حقيقيًا ، فلن يكون نادرًا بالتأكيد. سوف يتكون ثلثا الكون من المادة. في ندوة تكساس حول الفيزياء الفلكية النسبية في أوستن في عام 2000 ، أوضح بول شتاينهاردت من جامعة برينستون كيف أصبح الجوهر القوة المهيمنة في الكون منذ بضعة مليارات من السنين ، مؤخرًا نسبيًا ، كما يقول. لم يكن Steinhardt دافئًا تمامًا مع الحشد بنظريته الجديدة.

اعتاد علم الكونيات أن يكون مهنة هادئة. في أواخر التسعينيات ، كان معظم الناس متفقين على أن الكون آخذ في التوسع. كان السؤال المطروح ببساطة هو ما إذا كان التمدد سيتوقف ببطء ويعيد الكون يسقط على نفسه ، أو ما إذا كان الكون سيستمر في الطفو ولكن بمعدل أبطأ وأبطأ. إذا كان هناك ما يكفي من المادة في الكون ، فإن الجاذبية ستوقف التوسع وتمتص كل ما نعرفه في "الأزمة الكبيرة". كل ما كان على علماء الكونيات فعله هو جمع الكتلة في الكون.

لكن في عام 1998 ، اهتز علماء الكونيات من مقاعدهم باكتشاف أن الكون يتوسع بمعدل مذهل. كانت الملاحظات الجديدة والمحسّنة للمستعرات الأعظمية البعيدة تجعل سؤال "الأزمة الكبيرة" لاغياً وباطلاً.

المستعرات الأعظمية هي انفجارات نجمية ، وهناك عدة أنواع. أحدهما ، يُدعى المستعر الأعظم من النوع Ia ، ينفجر بطاقة مميزة. مع وجود فكرة جيدة عن السطوع المطلق والواضح للانفجار ، يمكن لعلماء الفلك تحديد المسافة إلى هذه الأجسام. بعد ذلك ، بمعرفة الانزياح نحو الأحمر ، يمكنهم حساب السرعة التي تتحرك بها المستعرات الأعظمية بعيدًا عنا. تبين أن المستعرات الأعظمية من النوع 1 أ الأبعد تتحرك بعيدًا أسرع بكثير من المستعرات الأعظمية الأقرب ، مما يشير إلى أن تمدد الكون يتسارع في الواقع وليس يتباطأ.

هناك قلة من غير المؤمنين لسبب وجيه. يقول البعض إن هذه المستعرات الأعظمية الأبعد قد تبدو بعيدة (أي خافتة) لأن الغبار المتداخل يبدد ضوءها. أيضًا ، لا يمكننا التأكد من أن المستعرات الأعظمية الأبعد تنفجر بنفس الطريقة التي تنفجر بها المستعرات الأعظمية الأقرب.

ومع ذلك ، فقد قفز معظم علماء الكونيات على قطار الكون المتسارع. مهمتهم الآن هي شرح كيف يمكن أن يكون هذا ممكنا جسديا. ألا ينبغي لقوة الجاذبية ، الجاذب العظيم ، أن تمنع الكون من التطاير؟

فكر أينشتاين في هذا ، لكن لسبب خاطئ. طور عامل فدج يسمى الثابت الكوني. اعتقد أينشتاين وكل شخص آخر في أوائل القرن العشرين أن الكون ثابت وأن كل شيء موجود داخل مجرة ​​درب التبانة. كان الثابت الكوني عبارة عن قوة "فراغ" مضادة للجاذبية منعت الجاذبية من سحب الكون على نفسه. بحلول عام 1930 ، اكتشف إدوين هابل أن مجرة ​​درب التبانة ليست سوى واحدة من العديد من المجرات وأن الكون يتوسع. لذلك ، لم تعد هناك حاجة لثابت كوني. أسقط أينشتاين الرقم من معادلاته ، واصفا إياه بـ "الخطأ الفادح".

يقول شتاينهاردت إن مشكلة الثابت الكوني تكمن في أنه ثابت بالفعل. تنتج نفس القوة طوال الوقت. تشير الدلائل الرصدية إلى أنه مهما كانت هذه القوة التي تسرع الكون ، فإنها لم تكن ثابتة بمرور الوقت. كان لابد من فترات كانت القوة فيها ضئيلة ، وإلا لما تشكلت النجوم والكواكب والسنجاب.

قال شتاينهاردت: "إن الثابت الكوني هو شكل محدد للغاية من أشكال الطاقة ، طاقة فراغية". "يشمل Quintessence فئة واسعة من الاحتمالات. إنه شكل من أشكال الطاقة الديناميكي والمتطور بمرور الوقت والمعتمد من الناحية المكانية مع ضغط سلبي كافٍ لدفع التوسع المتسارع."

طاقة الفراغ هي الطاقة الكامنة في فراغ مطلق ، خالية من المادة أو الإشعاع. فكر في مدخنة تمتص الهواء من غرفة المعيشة وهي مادة الكون تتوسع إلى المجهول العظيم. Quintessence هو مجال كمي به طاقة حركية وطاقة كامنة. اعتمادًا على نسبة الطاقتين والضغط اللذين تمارسهما ، يمكن للجوهر إما أن يجتذب أو يتنافر.

أصبح Quintessence قوة لا يستهان بها منذ حوالي 10 مليارات سنة ، وفقًا للنظرية. قد يبدو هذا في وقت مبكر في كون عمره 15 مليار عام ، لكن علماء الكونيات لا يرونه بهذه الطريقة. نشأت الطاقة المظلمة عندما كان عمر الكون من 10 إلى 35 ثانية ، ولم يتسبب ذلك في تسارع الكون لمدة خمسة بلايين سنة أخرى. هذا عامل يزيد عن 10 50 - ومؤخرًا نسبيًا من حيث الانزياح الأحمر وحجم الكون.

يقترح شتاينهاردت أن الجوهر بدأ أثناء الانتقال من الإشعاع إلى الكون الذي تهيمن عليه المادة ، عندما كان باردًا بدرجة كافية لتشكل الذرات والنجوم في النهاية.

ولكن ما هو الجوهر؟ لا يوجد من يعرف بالتاكيد. الإشعاع والمادة العادية والمادة المظلمة المحتملة جميعها لها ضغط إيجابي. لذلك فهي تمارس قوة جذب جاذبية. أي شيء به ضغط سلبي ، كما تملي النظرية العامة للنسبية ، سيكون له قوة جاذبية طاردة.

للجوهر ، سيكون للحقل الكمومي طول موجي طويل جدًا ، يقارب حجم الكون. تعتمد طاقتها الحركية على معدل التذبذبات في شدة المجال تعتمد طاقتها الكامنة على تفاعل المجال مع المادة. كلما زادت الطاقة الحركية ، زاد الضغط الإيجابي - وهو أمر غير مرجح بالنسبة لطول موجي طويل للكون. حتى الآن ، تهيمن الطاقة الكامنة والضغط السلبي. ومن ثم ، فإن الجوهر هو قوة مثيرة للاشمئزاز.

يقول شتاينهاردت إن هذا يمكن أن يتغير. يتفاعل Quintessence مع المادة ويتطور بمرور الوقت. يمكن أن يتحلل الجوهر أيضًا إلى أشكال جديدة من المادة الساخنة أو الإشعاع. لذا فنحن لسنا بالضرورة محكومين على كون يتمدد إلى الأبد ، ويمتد كل ذرة من هنا إلى ما لا نهاية.

يبدو لطيفا ، ولكن لا يتم بيع الجميع.

يقول جيمس بيبلز ، الأستاذ الفخري في جامعة برينستون: "إن نظرية الكون المتسارع هي عمل مستمر". "أنا معجب بالهندسة المعمارية ، لكني لا أرغب في الانتقال إليها بعد."

في الواقع ، في ندوة تكساس ، امتدت الجدل المهذب حول الجوهر إلى الحديث التالي. اقترح البعض أن طبيعة الطاقة المظلمة ستصبح واضحة مع فهم أفضل للجاذبية وموجات الجاذبية. من المسلم به أن شتاينهارد كان في حيرة من أمره بشأن بعض الأسئلة. إن علماء الفلك وعلماء الكونيات مفتونون بالجوهر فهم يحتاجون ببساطة إلى مزيد من التفاصيل.

لن نكون قادرين على الاحتفاظ بالجوهر في أيدينا ولا يمكننا إنشاء مجسات لاكتشافه مباشرة. في أفضل الأحوال ، نحتاج إلى أدوات يمكنها تحديد تأثير الجوهر على الكون بمرور الوقت. قال شتاينهاردت إن مهمتين لعلوم الفضاء واعدة.

سيبحث مشروع تسريع المستعرات الأعظمية (SNAP) بشكل منهجي عن أعداد كبيرة من المستعرات الأعظمية البعيدة ، بعيدًا عن متناول معظم التلسكوبات الأرضية. يقود Saul Perlmutter من مختبر لورانس بيركلي الوطني ، والذي تحدث أيضًا في اجتماع تكساس ، الجهود ووصف قمرًا صناعيًا غير معقد مع تلسكوب بطول مترين مخصص للعثور على المستعرات الأعظمية عند الانزياح الأحمر العالي. سيجد SNAP حوالي 2000 مستعر أعظم سنويًا ، وهو ما يكفي لإغلاق أشرطة الخطأ بشكل كبير في حسابات معدل تمدد الكون. البعثة لم يتم تمويلها بعد. إذا تم اختياره ، فسيتم إطلاقه بحلول عام 2020.

المهمة الأخرى هي مسبار ويلكينسون لتباين الميكروويف (WMAP) ، الذي تم إطلاقه في عام 2001. اكتمل تدفق بيانات WMAP والتحليل مستمر. حققت WMAP العديد من الاكتشافات المهمة ، بما في ذلك وضع قيود على الطاقة المظلمة وهندسة الكون.

من المؤكد أن شتاينهاردت لديه سجل حافل. لقد كان أحد منشئي نظرية التضخم وتنبأ بتسارع الكون في عام 1995. إذا ثبت أن الجوهر شيء يمكن للعلماء أن يغرقوا فيه ، فسيكون هذا تأكيدًا آخر لنظريات أينشتاين ، بالإضافة إلى إيماءة جيدة إلى الإغريق القدماء الذين أرسلونا في هذا الطريق.


الملخص

الأهداف: نقدم قيودًا كونية من تحليل مشترك لملاحظات المستعر الأعظم من النوع Ia (SN Ia) التي تم الحصول عليها بواسطة تعاون SDSS-II و SNLS. تتضمن مجموعة البيانات عدة عينات ذات انزياح أحمر منخفض (z & lt 0.1) ، وجميع الفصول الثلاثة من SDSS-II (0.05 & ltz & lt 0.4) ، وثلاث سنوات من SNLS (0.2 & ltz & lt 1) ، ويبلغ إجماليها 740 مؤكدًا طيفيًا من النوع Ia المستعر الأعظم مع ارتفاع- منحنيات ضوء الجودة.
أساليب: اتبعنا أساليب وافتراضات تحليل بيانات SNLS لمدة ثلاث سنوات باستثناء التحسينات المهمة التالية: 1) إضافة عينة SN Ia الكاملة المؤكدة طيفيًا SDSS-II في كل من تدريب نموذج منحنى الضوء SALT2 وفي تحليل مخطط هابل (374 SNe) 2) المعايرة البينية لمسوحات SNLS و SDSS وتقليل الشكوك المنتظمة في المعايرة الضوئية ، والتي يتم إجراؤها بشكل أعمى فيما يتعلق بتحليل علم الكونيات و 3) تحقيق شامل للأخطاء المنهجية المرتبطة بنمذجة SALT2 لـ SN منحنيات الضوء Ia.
نتائج: نحن ننتج منحنيات الضوء SN Ia المعاد معايرتها والمسافات المرتبطة بها لعينات SDSS-II و SNLS. توفر عينة SDSS-II الكبيرة مرساة فعالة ومستقلة ومنخفضة z لمخطط هابل وتقلل من الخطأ المنهجي من أنظمة المعايرة في عينة SN منخفضة z. لعلم الكونيات ΛCDM المسطح ، نجد Ωم = 0.295 ± 0.034 (stat + sys) ، وهي قيمة تتفق مع أحدث قياس لخلفية الميكروويف الكونية (CMB) من تجارب Planck و WMAP. نتيجتنا هي 1.8 σ (stat + sys) مختلفة عن النتيجة المنشورة سابقًا لبيانات SNLS لمدة ثلاث سنوات. التغيير يرجع في المقام الأول إلى التحسينات في المعايرة الضوئية SNLS. عند دمجها مع قيود CMB ، نقيس معادلة ثابتة للطاقة المظلمة لمعامل الحالة w = -1.018 ± 0.057 (stat + sys) لكون مسطح. إضافة قياسات مسافة التذبذب الصوتي للباريون تعطي قيودًا مماثلة: w = -1.027 ± 0.055. توفر قياسات المستعر الأعظم لدينا أكثر القيود صرامة حتى الآن على طبيعة الطاقة المظلمة.


لمحة سريعة: التحول النموذجي إلى الطاقة المظلمة

  • الطاقة المظلمة هي مادة غامضة يعتقد أنها تشكل 75٪ من الكون الحالي. تم اقتراحه في عام 1998 لشرح سبب تسارع تمدد الكون ، والطاقة المظلمة لها ضغط سلبي وتسبب الجاذبية البادئة
  • تشير البيانات إلى أن الطاقة المظلمة متسقة (ضمن الأخطاء) مع الحالة الخاصة للثابت الكوني () الذي قدمه أينشتاين في عام 1917 (وإن كان لسبب مختلف) ثم تم التخلي عنها. Λ يمكن تفسيرها على أنها طاقة الفراغ التي تنبأت بها ميكانيكا الكم ، لكن قيمتها أقل بكثير مما كان متوقعًا
  • خلال القرن العشرين ، أعيد تقديم Λ عدة مرات لشرح الملاحظات المختلفة ، لكن العديد من الفيزيائيين اعتقدوا أنها خرقاء و مخصصة بالإضافة إلى النسبية العامة
  • كان القبول السريع للطاقة المظلمة قبل عقد من الزمن يرجع إلى حد كبير إلى عمل الباحثين في الثمانينيات وأوائل التسعينيات الذين خلصوا إلى أنه على الرغم من التحيز ضدها ، كان ضروريًا لشرح بياناتهم
  • ما زلنا لا نملك تفسيرات أساسية للطاقة المظلمة والمادة المظلمة. يمكن أن يكون التحول النموذجي التالي مذهلاً بنفس القدر ويجب أن نكون مستعدين بعقول متفتحة

المزيد عن: التحول النموذجي إلى الطاقة المظلمة

L Calder and O Lahav 2008 الطاقة المظلمة: العودة إلى نيوتن؟ أسترون. الجيوفيز. 49 1.13–1.18
B Carr and G Ellis 2008 الكون أم الكون المتعدد؟ أسترون. الجيوفيز. 49 2.29–2.33
E V Linder and S Perlmutter 2007 الطاقة المظلمة: العقد المقبل عالم الفيزياء ، ديسمبر ، الصفحات من 24 إلى 30
PJ E Peebles and B Ratra 2003 الثابت الكوني والطاقة المظلمة arXiv: astro-ph / 0207347v2

لوسي كالدر حاصل على درجة الماجستير في الفيزياء الفلكية من جامعة كوليدج بلندن ، ويعمل حاليًا كاتبًا مستقلًا في لندن بالمملكة المتحدة. عوفر لاهاف هو أستاذ Perren لعلم الفلك ورئيس الفيزياء الفلكية في University College London


صدع في النموذج الكوني

قد يكون عنصر الطاقة المظلمة المعتمد على الوقت في الكون قادرًا على تفسير التوترات بين القياسات المحلية والأولية للمعلمات الكونية ، مما يهز الثقة الحالية في مفهوم "الثابت" الكوني.

قدمت قياسات درجة حرارة الخلفية الكونية الميكروية (CMB) وتباين الاستقطاب التي حصل عليها القمر الصناعي Planck 1 دليلاً قوياً على Λ المادة المظلمة الباردة (ΛCDM) النموذج الكوني لتشكيل البنية. ال Λيعتمد نموذج آلية التنمية النظيفة على العديد من الافتراضات مع ستة معلمات مجانية فقط ، مما يمثل خطر الإفراط في تبسيط الفيزياء التي تقود تطور الكون. الافتراض الأكثر إثارة للجدل في Λينص سيناريو CDM على أن مكون الطاقة المظلمة الغامض (DE) الذي ينتج التمدد الكوني المتسارع الحالي يمكن تحديد معلماته بالكامل من خلال مصطلح كثافة الطاقة الثابت في الوقت المناسب ، وهو الثابت الكوني Λ. ومع ذلك ، فإن التوترات تنشأ بين بلانك والقياسات الكونية الأخرى ، والتي تبرر دراسة التوسعات المحتملة ل Λآلية التنمية النظيفة 2. الكتابة علم الفلك الطبيعييقدم Gong-Bo Zhao والمتعاونون 3 طريقة لتخفيف هذه التوترات من خلال تقديم DE متطور.


يصدر مسح الطاقة المظلمة نظرة أدق على تطور الكون و # 8217 | الأخبار | صناعة

& # xf039 قائمة الموقع & # xf0d7

تم اختيار عشر مناطق في السماء كـ & quot ؛ حقول عميقة & quot التي صورتها كاميرا الطاقة المظلمة عدة مرات أثناء المسح ، مما يوفر لمحة عن المجرات البعيدة ويساعد في تحديد توزيعها ثلاثي الأبعاد في الكون. الصورة: مسح الطاقة المظلمة

يصدر مسح الطاقة المظلمة نظرة أكثر دقة على تطور الكون و # 8217

تستخدم النتائج الجديدة من مسح الطاقة المظلمة أكبر عينة على الإطلاق من المجرات فوق قطعة هائلة من السماء لإنتاج أدق القياسات لتكوين الكون ونموه حتى الآن. قاس العلماء أن الطريقة التي يتم بها توزيع المادة في جميع أنحاء الكون تتفق مع التوقعات في النموذج الكوني القياسي ، وهو أفضل نموذج حالي للكون.

على مدار ست سنوات ، قامت DES بمسح 5000 درجة مربعة و mdashal تقريبًا ثُمن السماء بأكملها و mdashin 758 ليلة من المراقبة ، وفهرسة مئات الملايين من الكائنات. النتائج المعلنة اليوم تعتمد على بيانات من السنوات الثلاث الأولى و [مدش] 226 مليون مجرة ​​لوحظت على مدى 345 ليلة و [مدش] لإنشاء أكبر وأدق خرائط حتى الآن لتوزيع المجرات في الكون في العصور الحديثة نسبيًا.

منذ أن درست DES المجرات القريبة وكذلك تلك التي تبعد بلايين السنين الضوئية ، توفر خرائطها لمحة سريعة عن البنية الحالية للكون واسعة النطاق وفيلمًا عن كيفية تطور هذا الهيكل على مدار السبعة مليارات سنة الماضية .

لاختبار نموذج الكون الحالي لعلماء الكونيات ، قارن علماء DES نتائجهم مع قياسات من مرصد بلانك المداري التابع لوكالة الفضاء الأوروبية. استخدم بلانك إشارات ضوئية تُعرف باسم الخلفية الكونية الميكروية للنظر إلى بدايات الكون ، بعد 400 ألف سنة فقط من الانفجار العظيم. تعطي بيانات بلانك نظرة دقيقة للكون قبل 13 مليار سنة ، ويتنبأ النموذج الكوني القياسي بالكيفية التي يجب أن تتطور بها المادة المظلمة إلى الوقت الحاضر. إذا كانت ملاحظات DES لا تتطابق مع هذا التوقع ، فمن المحتمل أن يكون هناك جانب غير مكتشف للكون. بينما كانت هناك تلميحات مستمرة من DES والعديد من استطلاعات المجرات السابقة بأن الكون الحالي أقل تكتلًا بنسبة قليلة في المائة مما كان متوقعًا و mdashan ، فإن النتائج التي تم إصدارها مؤخرًا تتوافق مع التنبؤ.

"في مجال تقييد ما نعرفه عن توزيع وبنية المادة على نطاقات كبيرة مدفوعة بالمادة المظلمة والطاقة المظلمة ، حصلت DES على حدود تنافس وتكمل تلك الموجودة في الخلفية الكونية الميكروية ،" قال Brian Yanny ، من Fermilab عالم قام بتنسيق معالجة بيانات DES وإدارتها. "من المثير أن يكون لديك قياسات دقيقة لما هو موجود وفهم أفضل لكيفية تغير الكون من بدايته إلى اليوم."

تشكل المادة العادية حوالي 5٪ فقط من الكون. الطاقة المظلمة ، التي يفترض علماء الكونيات أنها تدفع التمدد المتسارع للكون من خلال مقاومة قوة الجاذبية ، تمثل حوالي 70٪. آخر 25٪ هي المادة المظلمة ، التي يربط تأثيرها الثقالي بين المجرات. تظل كل من المادة المظلمة والطاقة المظلمة غير مرئية وغامضة ، لكن DES يسعى إلى إلقاء الضوء على طبيعتهما من خلال دراسة كيف تشكل المنافسة بينهما بنية الكون واسعة النطاق على مدار الزمن الكوني.

صورت DES سماء الليل باستخدام كاميرا الطاقة المظلمة بدقة 570 ميجابكسل على تلسكوب Victor M. Blanco الذي يبلغ ارتفاعه 4 أمتار في مرصد Cerro Tololo Inter-American في تشيلي ، وهو برنامج تابع لمؤسسة العلوم الوطنية NOIRLab. واحدة من أقوى الكاميرات الرقمية في العالم ، تم تصميم كاميرا الطاقة المظلمة خصيصًا لـ DES وتم تصنيعها واختبارها في Fermilab. تمت معالجة بيانات DES في المركز الوطني لتطبيقات الحوسبة الفائقة في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين.

قال سكوت دودلسون ، الفيزيائي في جامعة كارنيجي ميلون ، الذي شارك في رئاسة لجنة العلوم في DES مع إليزابيث كراوس من جامعة أريزونا. "يا له من شرف أن أكون جزءًا من هذا الفريق."

لتقدير توزيع المادة المظلمة وتأثير الطاقة المظلمة ، اعتمدت DES على ظاهرتين رئيسيتين. أولاً ، على المقاييس الكبيرة ، لا يتم توزيع المجرات بشكل عشوائي في جميع أنحاء الفضاء ، بل تشكل بنية شبيهة بالشبكة بسبب جاذبية المادة المظلمة. قامت DES بقياس كيفية تطور هذه الشبكة الكونية عبر تاريخ الكون. كشفت مجموعة المجرات التي تشكل الشبكة الكونية ، بدورها ، عن مناطق ذات كثافة أعلى من المادة المظلمة.

ثانيًا ، اكتشف DES توقيع المادة المظلمة من خلال عدسات الجاذبية الضعيفة. عندما ينتقل الضوء القادم من مجرة ​​بعيدة عبر الفضاء ، يمكن لجاذبية كل من المادة العادية والظلمة أن تثنيها ، مما يؤدي إلى صورة مشوهة للمجرة كما تُرى من الأرض. من خلال دراسة كيفية محاذاة الأشكال الظاهرة للمجرات البعيدة مع بعضها البعض ومع مواضع المجرات القريبة على طول خط البصر ، استنتج علماء DES التوزيع المكاني (أو التكتل) للمادة المظلمة في الكون.

كان تحليل الكميات الهائلة من البيانات التي جمعتها DES مهمة هائلة. بدأ الفريق بتحليل البيانات للعام الأول فقط ، والتي تم إصدارها في عام 2017. وأعدت هذه العملية الباحثين لاستخدام تقنيات أكثر تعقيدًا لتحليل مجموعة البيانات الأكبر ، والتي تتضمن أكبر عينة من المجرات المستخدمة على الإطلاق لدراسة عدسات الجاذبية الضعيفة.

على سبيل المثال ، يعد حساب الانزياح الأحمر لمجرة و [مدش] التغير في الطول الموجي للضوء بسبب توسع الكون و [مدش] خطوة أساسية نحو قياس كيف يتغير كل من تجمع المجرات وضعف عدسات الجاذبية على مدار التاريخ الكوني. يرتبط الانزياح الأحمر للمجرة بمسافة المجرة ، مما يسمح بتمييز التجمع في كل من المكان والزمان.

قالت جوديت برات ، باحثة ما بعد الدكتوراة في جامعة شيكاغو التي حللت عدسات الجاذبية الضعيفة كما تم التقاطها بواسطة DES: "كان هناك تحسن كبير في كيفية معايرة توزيعات الانزياح الأحمر لعينات المجرة". "لقد كان هذا جهدًا ضخمًا بذل الناس الكثير من العمل فيه. لدينا الآن طريقة لم يستخدمها أحد من قبل ، وهي قوية جدًا."

تم اختيار عشر مناطق من السماء كـ "حقول عميقة" صورتها كاميرا الطاقة المظلمة بشكل متكرر خلال الاستطلاع. سمح تكديس هذه الصور للعلماء بإلقاء نظرة على المزيد من المجرات البعيدة. ثم استخدم الفريق معلومات الانزياح نحو الأحمر من الحقول العميقة لمعايرة قياسات الانزياح الأحمر في باقي منطقة المسح. هذا بالإضافة إلى التطورات الأخرى في القياسات والنمذجة ، إلى جانب زيادة البيانات بمقدار ثلاثة أضعاف مقارنة بالسنة الأولى ، مكن الفريق من تحديد كثافة الكون وتكتله بدقة غير مسبوقة.

جنبًا إلى جنب مع تحليل إشارات العدسة الضعيفة ، يقيس DES أيضًا بدقة المجسات الأخرى التي تقيد النموذج الكوني بطرق مستقلة: حشد المجرات على نطاقات أكبر (تذبذبات الباريون الصوتية) ، وتواتر مجموعات المجرات الضخمة ، والقياسات عالية الدقة السطوع والانزياح الأحمر للمستعرات الأعظمية من النوع Ia. سيتم دمج هذه القياسات الإضافية مع تحليل العدسة الضعيفة الحالي لإنتاج قيود أكثر صرامة على النموذج القياسي.

قال نايجل لوكير ، مدير فيرميلاب: "لقد قدمت DES نتائج علمية رائدة وفعالة من حيث التكلفة ترتبط ارتباطًا مباشرًا بمهمة Fermilab في متابعة الطبيعة الأساسية للمادة والطاقة والمكان والزمان". "فريق متخصص من العلماء والمهندسين والفنيين من المؤسسات في جميع أنحاء العالم قد أتى بثماره."

يتكون تعاون DES من أكثر من 400 عالم من 25 مؤسسة في سبع دول.

قال ريتش كرون ، مدير DES والمتحدث باسمه ، وهو عالم في Fermilab وجامعة شيكاغو: "التعاون حديث بشكل ملحوظ. إنه يميل بقوة في اتجاه باحثي ما بعد الدكتوراة وطلاب الدراسات العليا الذين يقومون بقدر كبير من هذا العمل". "هذا ممتع حقًا. يتم تدريب جيل جديد من علماء الكونيات باستخدام مسح الطاقة المظلمة."

اختتمت DES ملاحظات للسماء ليلاً في عام 2019. وبفضل الخبرة في تحليل النصف الأول من البيانات ، أصبح الفريق جاهزًا الآن للتعامل مع مجموعة البيانات الكاملة. من المتوقع أن يرسم تحليل DES النهائي صورة أكثر دقة للمادة المظلمة والطاقة المظلمة في الكون. وقد مهدت الأساليب التي طورها الفريق الطريق لاستطلاعات السماء المستقبلية للتحقيق في ألغاز الكون.

قال مايكل تروكسيل ، عالم الفيزياء في جامعة ديوك: "الإرث الحقيقي لـ DES سيكون القفزات إلى الأمام التي كان علينا تحقيقها والتي كانت ضرورية لهذه النتيجة الرئيسية ، والتي ستكون حاسمة للجيل القادم من التجارب الكونية التي ستبدأ قريبًا". ومنسق المشروع الرئيسي لتحليل البيانات لمدة ثلاث سنوات. تشمل التجارب القادمة كلاً من تجارب التصوير الفضائية والمسوحات الأرضية مثل مسح تراث مرصد فيرا سي روبن للفضاء والزمان.

قال تروكسيل: "بهذه الأدوات التي صممناها للتحديق في الظلام ، نعمل على حل الألغاز العالمية".

سيتم تقديم نتائج DES الأخيرة في ندوة علمية في 27 مايو. تسعة وعشرون ورقة متاحة على مستودع arXiv عبر الإنترنت.

حول مسح الطاقة المظلمة

مسح الطاقة المظلمة هو تعاون بين أكثر من 400 عالم من 25 مؤسسة في سبعة بلدان.

تم توفير التمويل لمشاريع DES من قبل وزارة الطاقة الأمريكية ، ومؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية ، ووزارة العلوم والتعليم الإسبانية ، ومجلس منشآت العلوم والتكنولوجيا في المملكة المتحدة ، ومجلس تمويل التعليم العالي في إنجلترا ، و المركز الوطني لتطبيقات الحوسبة الفائقة في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين ، ومعهد كافلي للفيزياء الكونية في جامعة شيكاغو ، وسلطة التمويل للتمويل والمشاريع في البرازيل ، ومؤسسة كارلوس شاغاس فيلهو لدعم الأبحاث في ولاية ريو دي جانيرو والمجلس الوطني البرازيلي للتنمية العلمية والتكنولوجية ووزارة العلوم والتكنولوجيا ومؤسسة الأبحاث الألمانية والمؤسسات المتعاونة في مسح الطاقة المظلمة.

حول مرصد سيرو تولولو للبلدان الأمريكية

مرصد Cerro Tololo Inter-American هو برنامج تابع لمؤسسة NSF NOIRLab ، والذي تديره رابطة جامعات البحث في علم الفلك (AURA) بموجب اتفاقية تعاونية مع المؤسسة الوطنية للعلوم. NSF هي وكالة فيدرالية مستقلة أنشأها الكونجرس عام 1950 لتعزيز تقدم العلم. NSF تدعم البحوث الأساسية والأشخاص لخلق المعرفة التي تغير المستقبل.

حول NCSA

يوفر المركز الوطني لتطبيقات الحوسبة الفائقة في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين الحوسبة الفائقة والموارد الرقمية المتقدمة لمشروع العلوم في البلاد. في NCSA ، يستخدم أعضاء هيئة التدريس والموظفون والطلاب والمتعاونون في جامعة إلينوي من جميع أنحاء العالم هذه الموارد لمواجهة تحديات البحث لصالح العلم والمجتمع. عملت NCSA على تطوير العديد من عمالقة الصناعة في العالم لأكثر من 35 عامًا من خلال الجمع بين الصناعة والباحثين والطلاب معًا لحل التحديات الكبرى بسرعة وعلى نطاق واسع.


شاهد الفيديو: وثائقي الإشعاع الكوني أسرار وخفايا الكون المظلم ناشيونال جيوغرافيك. يجب مشاهدته (شهر اكتوبر 2021).