الفلك

هل يمكن أن تكون الطاقة المتناقصة لـ CMBR هي مصدر الطاقة المظلمة؟

هل يمكن أن تكون الطاقة المتناقصة لـ CMBR هي مصدر الطاقة المظلمة؟

لقد أخبرت للتو أن طاقة CMBR تتضاءل مع مرور الوقت. هل يمكن أن تنتقل الطاقة المفقودة بطريقة ما إلى الزمكان ، مما يؤدي إلى تسارع التمدد؟


لا - إن الطاقة المتناقصة في الإشعاع CMB تمت صياغتها بشكل جيد في معادلات فريدمان. المصطلح في معامل الكثافة الذي يتناسب مع $ a ^ {- 4} $ هو مساهمة كثافة الطاقة الإشعاعية في تطور الكون ، والمصطلح المتناسب مع $ a ^ {- 3} $ هو كثافة المادة (معظمها مظلمة ، ولكنه يشمل المادة العادية) ، $ a ^ {- 2} $ هو مساهمة انحناء الزمكان نفسه ، والمصطلح بدون أي عوامل $ a $ هو مساهمة الطاقة المظلمة. حجم كثافة الإشعاع ، اليوم ، هو بالفعل جزء صغير من كثافة المادة (حوالي 0.03٪ من كثافة المادة ، 0.01٪ من كثافة الكون بشكل عام - المادة العادية حوالي 5٪ بشكل عام).

كانت آخر مرة كانت فيها كثافة الطاقة في مجالات الإشعاع بنفس حجم ما هو موجود في حقول المادة حوالي $ z = 3300 دولار.

أنا أيضًا لا أتفق مع إجابة @ J.Chomel - الطاقة المخزنة في مجال الإشعاع آخذة في التناقص. بعد ذلك ، يصل حجم كثافة الطاقة في مجال الإشعاع إلى $ a ^ {- 4} $ ، ويتراوح الحجم مثل $ a ^ 3 $. نظرًا لأن الطاقة الإجمالية هي كثافة الطاقة مضروبة في الحجم ، فإن إجمالي الطاقة يقاس مثل $ a ^ {- 1} $ ، تمامًا كما تتوقع مع عدد الفوتونات التي يتم إصلاحها ، ولكن الطاقة في كل فوتون تحجيم $ a ^ {-1} $ كلما زاد الطول الموجي.


هل أثبت اكتشاف الطاقة المظلمة أن أينشتاين مخطئ؟ ليس تماما.

يشير أكبر مسح للمجرات تم إجراؤه على الإطلاق إلى أن كوننا ليس متكتلًا كما يفترض أن يكون. قد يعني هذا الافتقار إلى التكتل وجود تناقض مع آينشتاين نظرية النسبية العامة، والتي يستخدمها العلماء لفهم كيف تطورت الهياكل في كوننا على مدى 13 مليار سنة.

قال نيال جيفري ، أحد القادة المشاركين في مسح الطاقة المظلمة (DES) وعالم الكونيات في مدرسة إيكول نورمال سوبريور في باريس: "إذا كان هذا التفاوت صحيحًا ، فربما كان أينشتاين مخطئًا". لبي بي سي نيوز

قام فريق DES بتجميع كتالوج لمئات الملايين من المجرات ، واستخدموا تشوهات صغيرة في أشكال تلك المجرات لقياس الإحصائيات الحيوية للكون. أكدت جميع هذه القياسات تقريبًا السائدة الانفجار العظيم نموذج علم الكونيات، حيث تمدد كل مادة الكون من نقطة حارة للغاية وصغيرة بشكل لا يصدق.

لكن أحد تلك القياسات & [مدش] كان تكتل المادة & [مدش] كان بعيدًا قليلاً. إذا كان الكون أكثر سلاسة مما كان يعتقد ، فهذا يعني أن فهمنا لكيفية تطور الهياكل في الكون ، والذي يعتمد على نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، سيكون خاطئًا.

في حين أن بعض عناوين الأخبار تعلن بالفعل أن أينشتاين كان مخطئًا وأن الفيزيائيين بحاجة إلى مراجعة نماذجهم ، فإن الواقع أكثر دقة. هذا لأن التناقض ليس ضربة إحصائية بعد.


قراءة متعمقة

تذكر ، إذا رأيت قصة إخبارية قد تستحق بعض الاهتمام ، فأخبرنا عنها! (ملاحظة: إذا كانت القصة مأخوذة من Associated Press و FOX News و MSNBC و نيويورك تايمز، أو وسيلة إعلامية وطنية رئيسية أخرى ، من المرجح أننا سمعنا عنها بالفعل.) وشكرًا لجميع قرائنا الذين أرسلوا إلينا نصائح إخبارية رائعة. إذا لم تلتقط كل الأخبار أخبار يجب معرفتها ، لماذا لا تلقي نظرة لترى ما فاتك؟

(يرجى ملاحظة أن الروابط ستأخذك مباشرة إلى المصدر. الإجابات في Genesis ليست مسؤولة عن المحتوى الموجود على مواقع الويب التي نشير إليها. لمزيد من المعلومات ، يرجى الاطلاع على سياسة الخصوصية الخاصة بنا.)


الطاقة المظلمة مقابل المادة المظلمة

لا توجد طاقة عالمية محفوظة في الكون الآخذ في الاتساع. انظر هنا:

بالمعنى الدقيق للكلمة ، نظرًا لأن كوننا في أفضل نموذج حالي لدينا هو لانهائي من الناحية المكانية ، فإن & الطاقة الكلية & مثل لكوننا ستكون لانهائية أيضًا. ولكن حتى في محدود الكون مع الطاقة المظلمة (على سبيل المثال ، الزمكان FRW مغلق مكانيًا مع ثابت كوني إيجابي) ، فإن & quottotal الطاقة & quot (كثافة الطاقة المظلمة المدمجة مع الحجم المكاني) ستتغير بمرور الوقت ، وهذا أمر متوقع.

بالتأكيد ، أصل الطاقة المظلمة هو سؤال مفتوح. أعتقد أن الرأي السائد في التيار السائد هو أنه يجب تفسيرها على أنها طاقة الفراغ. وفقًا لنظرية المجال الكمي ، حتى في الفراغ توجد تقلبات في المجال بسبب مبدأ عدم اليقين في Heisenberg. لذلك من الطبيعي أن يعتقد المرء أن طاقة هذه التقلبات يمكن أن تكون مصدر الطاقة المظلمة التي لوحظت في علم الكونيات. ومع ذلك ، هناك تناقض هائل بين القيمة المرصودة للطاقة المظلمة (المعروف أيضًا باسم الثابت الكوني) والقيمة النظرية القادمة من QFT. القيمة المتوقعة عاصي أعلى بمقدار 120 أمرًا بالمقارنة مع القيمة المرصودة.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Cosmological_constant_problem

لذا من الواضح أنه ليس لدينا تفسير مرضٍ حتى الآن. ربما لن نعرف حتى نمتلك نظرية كاملة عن الجاذبية الكمية

PeterDonis حسنًا ، لذا فأنت تقول أن الحقول القياسية يمكن أن تفعل ذلك ، أمثلة IIRC للحقول العددية المعروفة ستكون أيضًا الحقل B (ثابت) ، الحقل E (ثابت) ، المجال EM ، الجاذبية ، وغيرها؟
هل يمكن للمجالات E أو B أو EM أو الجاذبية أن تفعل أي شيء مشابه لما يحدث للطاقة المظلمة / الفراغية؟

اسمحوا لي أن أسأل شيئًا آخر فيما يتعلق بالموضوع المطروح ، عادةً ما نربط مجالًا بمصدر ، مثل الحقل E وشحنة المصدر أو الجاذبية والكتلة ، لذا فإن الطريقة التي أتخيلها في الظروف العادية إذا كان لدي كائن له شحنة وكتلة وهو مصدر لكل من المجال E والجاذبية
ما هو مصدر الطاقة المظلمة / الفراغية؟
هل المصدر معروف أم افتراضي حتى الآن؟

يبدو أنه على عكس المادة والحقول المرتبطة بالمادة ، يبدو أن مصدر الطاقة المظلمة موجود في كل مكان في آن واحد ومرتبط بشكل أساسي بالزمان المكاني.


الطاقة المظلمة

في أواخر التسعينيات ، وجد علماء الفلك دليلاً على أن تمدد الكون لم يتباطأ بسبب الجاذبية كما هو متوقع. بدلاً من ذلك ، كانت سرعة التوسع تتزايد. كان لابد من وجود شيء ما لتشغيل هذا الكون المتسارع ، وجزئيًا بسبب طبيعته غير المعروفة ، كان يُطلق على هذا & ldquosomething & rdquo اسم الطاقة المظلمة.

يلعب هابل دورًا مهمًا في التحقق من الطاقة المظلمة وتوصيفها وتقييدها. تقيس كل من ملاحظات هابل والأرصاد الأرضية نوعًا خاصًا من الانفجار النجمي ، وهو مستعر أعظم قزم أبيض ، لقياس المسافات الدقيقة للمجرات.

داخل منطقة هابل ديب فيلد-نورث ، حدد علماء الفلك وهجًا ضوئيًا من أحد أبعد مستعر أعظم على الإطلاق. في عرض عن قرب لتلك المنطقة (يسار) يشير سهم أبيض إلى شكل بيضاوي خافت ، موطن انفجار SN 1997ff. المستعر الأعظم نفسه (على اليمين) يتميز بالنقطة البيضاء في المنتصف. الائتمان: ناسا ، آدم ريس (STScI) نشرة الأخبار: 2001-09 & GT

توفر مجرة ​​تقع على بعد مليار سنة ضوئية نقطة بيانات للكون كما كانت قبل مليار سنة. في هذه الأثناء ، مع توسع الكون ، يتمدد الضوء الذي يسافر إلى الأرض من المجرات البعيدة (والمستعرات الأعظمية) إلى أطوال موجية أطول و [مدش] ظاهرة تسمى الانزياح الأحمر الكوني. يوفر الانزياح الأحمر الكوني للمجرات على مسافات مختلفة تاريخًا لتوسع الكون بمرور الوقت.

ومع ذلك ، كان هابل هو الوحيد الذي يمتلك القرار لتمديد هذه الملاحظات إلى المجرات البعيدة جدًا. قدم اكتشاف المستعر الأعظم 1997ff ، الواقع على بعد حوالي 10 مليار سنة ضوئية ، دليلاً على وجود طاقة مظلمة.

في منتصف الطريق تقريبًا إلى تاريخ الكون و rsquos و [مدش] منذ عدة مليارات من السنين و [مدش] أصبحت الطاقة المظلمة هي المهيمنة وتسارع التوسع. في حين أن الدراسات الأرضية قد قاست هذه الفترة المتسارعة ، امتدت مراقبة Hubble & rsquos لـ 1997ff إلى الجزء المتباطئ من التمدد. هذا التحول بين حقبتين مختلفتين من الكون و [مدش] تغيير من كون متباطئ إلى كون متسارع و [مدش] أظهر أن الطاقة المظلمة موجودة.

واصل تلسكوب هابل استكشاف طبيعة الطاقة المظلمة من خلال ملاحظات مثل Great Observations Origins Deep Survey (GOODS) ، المصممة للمساعدة في الكشف عن المستعرات الأعظمية البعيدة.

إن السوبرنوفا الـ 42 التي وجدها هابل لم تعزز الاستنتاجات حول الطاقة المظلمة فحسب ، بل بدأت أيضًا في تقييد بعض تفسيراتها المحتملة. في وقت لاحق ، حددت نتائج هابل كيف بدأت الطاقة المظلمة في الكون في وقت مبكر في التأثير على التوسع وكذلك تقييد معدل التمدد الحالي.

كان الرأي الذي ظهر هو أن الطاقة المظلمة كانت متسقة مع القوة البطيئة الثابتة لثابت أينشتاين و rsquos الكوني ، وهو مفهوم أدخله الفيزيائي في البداية في معادلاته لمنع الكون النظري من الانهيار ، ثم تراجع لاحقًا عندما كان توسع الكون. اكتشف. ولكن بدلاً من إبقاء الكون في حالة مستقرة ، تدفع الطاقة المظلمة للخارج لتوسيع الكون بشكل أسرع وأسرع. تم الاعتراف باكتشاف الطاقة المظلمة من قبل جائزة نوبل في الفيزياء في عام 2011.

يعرف علماء الفلك الآن أن هناك الكثير في الكون أكثر مما تراه العين. تشكل المادة العادية المضيئة وغير المضيئة حوالي 4٪ من الكتلة الكلية وكثافة الطاقة في الكون. تشكل المادة المظلمة ، التي لا تصدر ضوءًا ولا يمكن ملاحظتها بشكل مباشر ، 24٪ أخرى من الإجمالي ، بينما تهيمن الطاقة المظلمة بنسبة 72٪ تقريبًا. معظم الكون غير معروف وتم اكتشافه بشكل غير مباشر فقط. يمكننا أن نرى آثاره على المجرات وتمدد الكون ، لكن لا يزال يتعين علينا تحديد المصدر الأساسي. قد يبدو هذا مقلقًا ، لكن بالنسبة للعالم ، إنه مثير. هناك المزيد من الألغاز الرائعة لاستكشافها وحلها!


الإجابات والردود

& quot الطاقة المظلمة & quot هي اسم جذاب لشيء ليس لدينا دليل على أنه طاقة.
قد يؤدي استخدام كلمة & quotenergy & quot إلى إرباك الناس وتضليلهم في هذا السياق.

لا يوجد دليل على أن الفضاء مادة مادية. نحن نتحدث في الأساس عن الهندسة والمعادلات التي تم اقتراحها والتي تحكم تطورها وتغييرها.

من المهم عدم اعتبار بعض الأفكار اليونانية التقليدية عن الهندسة كأمر مسلم به. لقد اكتشفنا أنه يتغير وفقًا لقانونه الخاص. ليس لدينا الحق في افتراض أن مجموع زوايا المثلث يصل دائمًا إلى 180. السبب في ذلك في بعض الظروف وليس في حالات أخرى يتم تفسيره من خلال قانون الهندسة المقبول. ليس لدينا الحق في افتراض هذه المسافات بمجرد أن تبدأ في الزيادة لن تستمر في الزيادة (حتى لو كانت & quotdark energy & quot أو أو ثابت الانحناء الكوني صفرًا). التغييرات التدريجية في معدل الزيادة وفقًا لقانون الهندسة المقبول.

لا نعلم أن القانون صحيح تمامًا. إنه مجرد أفضل قانون للهندسة (أكثر دقة وقابلة للتطبيق على نطاق واسع وبسيط وموثوق) لدينا حتى الآن. إنها تعمل.
قد يتم تحسينه يومًا ما ولكن يتم قبوله في الوقت الحالي. فيه ثابت انحناء. حتى الآن لا يوجد دليل مقنع ينسب هذا الثابت إلى & quotenergy & quot. كان الدليل القائم على الملاحظة يسير في الاتجاه الآخر - أنه ببساطة ثابت يحدث بشكل طبيعي ، مثل الثوابت الفيزيائية الأساسية الأخرى. سيتعين علينا أن ننتظر ونرى.

لقد لعب الثابت الكوسمولوجي لامدا (الذي يسميه بعض الناس & quot؛ طاقة داكنة & quot؛) دورًا ثانويًا جدًا حتى الآن. حتى لو كان هذا الثابت صفراً ، فإن الهندسة ستستمر في التوسع. الصورة الذهنية التي تقدمها لضخ شيء ما في الفضاء لتوسيعه ليست صورة ذهنية جيدة جدًا. تتوسع الهندسة لأن هذا هو ما تفعله الكثير من الحلول لمعادلة GR ، ويصادف أننا في أحد الحلول الموسعة. تحتوي المعادلة على ميل طبيعي لاستمرار مثل هذه العمليات (على الرغم من أن المعدل قد يتغير تدريجيًا) دون أي مدخلات خارجية.

يمكنك إلقاء نظرة على مقال بعنوان & quot لماذا كل هذه التحيزات ضد ثابت؟ & quot بقلم روفيلي.
فقط google & quotprejudices rovelli & quot ويجب أن تحصل عليه. إذا لم يفلح ذلك ، يرجى إعلامي.


قسم المستوى البؤري. png

تم تثبيت أداة DESI على تلسكوب Nicholas U. Mayall الذي يبلغ ارتفاعه 4 أمتار في مرصد Kitt Peak الوطني ، وهو برنامج تابع لمؤسسة العلوم الوطنية (NSF) NOIRLab ، والذي سمح لوزارة الطاقة بتشغيل تلسكوب Mayall من أجل مسح DESI. تشتمل الأداة على بصريات جديدة تزيد من مجال رؤية التلسكوب وتتضمن 5000 ألياف بصرية يتم التحكم فيها آليًا لجمع البيانات الطيفية من عدد متساوٍ من الكائنات في مجال رؤية التلسكوب.

قال ديفيد شليغل من مختبر بيركلي ، وهو عالم مشروع DESI: "نحن لا نستخدم أكبر التلسكوبات". "إن الأدوات أفضل ومضاعفة للغاية ، مما يعني أنه يمكننا التقاط الضوء من العديد من الكائنات المختلفة في وقت واحد."

قال شليغل إن التلسكوب "يشير حرفياً إلى 5000 مجرة ​​مختلفة في نفس الوقت". ويوضح أنه في أي ليلة يتم تحريك التلسكوب إلى الموضع المستهدف ، تترابط الألياف الضوئية لتجمع الضوء من المجرات أثناء انعكاسه عن مرآة التلسكوب. من هناك ، يتم تغذية الضوء في بنك من أجهزة الطيف والكاميرات CCD لمزيد من المعالجة والدراسة.

قال رئيس التحقق من صحة المسح ، كريستوف يتشي ، وهو أيضًا عالم كوزمولوجي في CEA: "إنه حقًا مصنع نمتلكه - مصنع أطياف". "يمكننا جمع 5000 طيف كل 20 دقيقة. في ليلة سعيدة ، نجمع الأطياف من حوالي 150000 كائن ".

قال كلاوس هونشيد ، أستاذ الفيزياء في جامعة ولاية أوهايو ، الذي وجه تصميم أداة التحكم والمراقبة الخاصة بـ DESI: "لم تكن أجهزة الأدوات فقط هي التي أوصلتنا إلى هذه النقطة - إنها أيضًا برمجيات الأجهزة ، والجهاز العصبي المركزي لـ DESI". الأنظمة. ينسب الفضل إلى عشرات الأشخاص في مجموعته وحول العالم الذين قاموا ببناء واختبار الآلاف من الأجزاء المكونة لـ DESI ، ومعظمها فريد من نوعه للآلة.

الأطياف التي جمعتها DESI هي مكونات الضوء المقابلة لألوان قوس قزح. تكشف خصائصها ، بما في ذلك الطول الموجي ، عن معلومات مثل التركيب الكيميائي للأشياء التي يتم ملاحظتها بالإضافة إلى معلومات حول المسافة والسرعة النسبية.

مع توسع الكون ، تبتعد المجرات عن بعضها البعض ، ويتحول ضوءها إلى موجات أطول وأكثر احمرارًا. كلما كانت المجرة بعيدة ، زاد انزياحها نحو الأحمر. من خلال قياس الانزياحات الحمراء للمجرة ، سينشئ باحثو DESI خريطة ثلاثية الأبعاد للكون. من المتوقع أن ينتج عن التوزيع التفصيلي للمجرات في الخريطة رؤى جديدة حول تأثير وطبيعة الطاقة المظلمة.

قال المتحدث باسم المشروع كايل داوسون ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة يوتا: "الطاقة المظلمة هي أحد المحركات العلمية الرئيسية لـ DESI". "الهدف ليس اكتشاف مقدار الطاقة الموجودة - نحن نعلم أن حوالي 70٪ من الطاقة في الكون اليوم هي طاقة مظلمة - ولكن لدراسة خصائصها."

يوضح داوسون أن الكون يتوسع بمعدل يحدده إجمالي محتوياته من الطاقة. بينما تنظر أداة DESI في المكان والزمان ، قال ، "يمكننا حرفيًا التقاط لقطات اليوم ، أمس ، قبل مليار سنة ، قبل 2 مليار سنة - إلى الوراء في الوقت المناسب قدر الإمكان. يمكننا بعد ذلك معرفة محتوى الطاقة في هذه اللقطات ومعرفة كيفية تطورها ".

قال جيم سيجريست ، المدير المساعد لفيزياء الطاقة العالية في وزارة الطاقة ، "نحن متحمسون لرؤية بداية مشروع الطاقة المظلمة ، وهو أول مشروع من الجيل التالي للطاقة المظلمة يبدأ مسحه العلمي. إلى جانب مهمتها الأساسية المتمثلة في دراسات الطاقة المظلمة ، ستكون مجموعة البيانات مفيدة من قبل المجتمع العلمي الأوسع في العديد من دراسات الفيزياء الفلكية.

يتم دعم DESI من قبل مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة والمركز الوطني للحوسبة العلمية لبحوث الطاقة ، وهو مرفق مستخدم تابع لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة. يتم توفير دعم إضافي لـ DESI من قبل مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية ، ومجلس منشآت العلوم والتكنولوجيا في المملكة المتحدة ، ومؤسسة جوردون وبيتي مور ، ومؤسسة Heising-Simons ، واللجنة الفرنسية للطاقات البديلة والطاقة الذرية (CEA) ، و المجلس الوطني للعلوم والتكنولوجيا في المكسيك ، ووزارة الاقتصاد الإسبانية ، والمؤسسات الأعضاء في DESI.

يتشرف تعاون DESI بالسماح له بإجراء بحث فلكي حول جبل Iolkam Du’ag (قمة كيت) ، وهو جبل ذو أهمية خاصة لأمة Tohono O’odham.

ملاحظة المحرر: تستند هذه القصة إلى بيان صحفي صادر عن مختبر لورانس بيركلي الوطني.

للأسئلة أو التعليقات ، اتصل بمكتب الاتصالات في SLAC على [email protected]

SLAC هو مختبر متعدد البرامج نابض بالحياة يستكشف كيفية عمل الكون بأكبر وأصغر وأسرع المقاييس ويبتكر أدوات قوية يستخدمها العلماء في جميع أنحاء العالم. من خلال البحث الذي يشمل فيزياء الجسيمات والفيزياء الفلكية وعلم الكونيات والمواد والكيمياء والعلوم الحيوية والطاقة والحوسبة العلمية ، نساعد في حل مشاكل العالم الحقيقي وتعزيز مصالح الأمة.


الطاقة المظلمة: الخريطة تعطي فكرة عن ماهيتها - لكنها تعمق الخلاف حول معدل التوسع الكوني

الطاقة المظلمة هي واحدة من أعظم الألغاز في العلم اليوم. نحن نعرف القليل جدًا عنها ، بخلاف كونها غير مرئية ، فهي تملأ الكون كله ، وتدفع المجرات بعيدًا عن بعضها البعض. هذا يجعل كوننا يتمدد بمعدل متسارع. ولكن ما هو؟ أحد أبسط التفسيرات هو أنه "ثابت كوني" - نتيجة طاقة الفضاء الفارغ نفسه - وهي فكرة قدمها ألبرت أينشتاين.

ومع ذلك ، فإن العديد من علماء الفيزياء غير راضين عن هذا التفسير. إنهم يريدون وصفًا أكثر جوهرية لطبيعته. هل هو نوع جديد من مجال الطاقة أم سائل غريب؟ أم أنها علامة على أن معادلات الجاذبية لأينشتاين غير مكتملة إلى حد ما؟ علاوة على ذلك ، نحن لا نفهم حقًا معدل التوسع الحالي للكون.

الآن مشروعنا ، المسح الطيفي لتذبذب الباريون (eBOSS) ، قد توصل إلى بعض الإجابات. تم إصدار عملنا كسلسلة من 23 منشورًا ، بعضها لا يزال قيد المراجعة من قبل الأقران ، تصف أكبر خريطة كونية ثلاثية الأبعاد تم إنشاؤها على الإطلاق.

في الوقت الحالي ، الطريقة الوحيدة التي يمكننا من خلالها الشعور بوجود الطاقة المظلمة هي ملاحظات الكون البعيد. كلما كانت المجرات أبعد ، تبدو أصغر لنا. وذلك لأن الضوء الذي ينبعثونه استغرق ملايين أو حتى بلايين السنين للوصول إلى تلسكوباتنا. بفضل هذا النوع من آلة الزمن ، يمكننا قياس مسافات مختلفة في الفضاء في أوقات كونية مختلفة ، مما يساعدنا على معرفة مدى سرعة تمدد الكون.

باستخدام تلسكوب Sloan Digital Sky Survey ، قمنا بقياس أكثر من مليوني مجرة ​​وكوازارات - أجسام شديدة السطوع وبعيدة تعمل بالطاقة بواسطة الثقوب السوداء - على مدار العقدين الماضيين. تغطي هذه الخريطة الجديدة حوالي 11 مليار سنة من التاريخ الكوني الذي لم يتم استكشافه بشكل أساسي ، ويعلمنا عن الطاقة المظلمة كما لم يحدث من قبل.

تلسكوب SDSS. رصيد الصورة: Sloan Digital Sky Survey / wikipedia، CC BY-SA

تظهر نتائجنا أن حوالي 69 بالمائة من طاقة كوننا هي طاقة مظلمة. كما أنهم يبرهنون ، مرة أخرى ، أن أبسط أشكال الطاقة المظلمة لأينشتاين - الثابت الكوني - يتفق أكثر مع ملاحظاتنا.

عند دمج المعلومات من خريطتنا مع المسابير الكونية الأخرى ، مثل الخلفية الكونية الميكروية - الضوء المتبقي من الانفجار الأعظم - يبدو أنهم جميعًا يفضلون الثابت الكوني على التفسيرات الأكثر غرابة للطاقة المظلمة.

التوسع الكوني في النزاع

توفر النتائج أيضًا رؤية أفضل لبعض الجدل الحديث حول معدل تمدد الكون اليوم وبشأن هندسة الفضاء.

إن الجمع بين ملاحظاتنا ودراسات الكون في مهده يكشف عن تصدعات في وصفنا لتطوره. على وجه الخصوص ، فإن قياسنا للمعدل الحالي لتمدد الكون أقل بحوالي 10 بالمائة من القيمة الموجودة باستخدام الطرق المباشرة لقياس المسافات إلى المجرات القريبة. تدعي هاتان الطريقتان أن نتيجتهما صحيحة ودقيقة للغاية ، لذلك لا يمكن أن يكون الاختلاف بينهما مجرد صدفة إحصائية.

تعزز دقة نظام eBOSS هذه الأزمة. لا يوجد تفسير مقبول على نطاق واسع لهذا التناقض. قد يكون أحدهم قد ارتكب خطأ خفيًا في إحدى هذه الدراسات. أو قد تكون علامة على أننا بحاجة إلى فيزياء جديدة. أحد الاحتمالات المثيرة هو أن شكلًا غير معروف سابقًا من المادة من الكون المبكر ربما ترك أثرًا في تاريخنا. يُعرف هذا باسم "الطاقة المظلمة المبكرة" ، والتي يُعتقد أنها كانت موجودة عندما كان الكون فتيًا ، والتي كان من الممكن أن تعدل معدل التوسع الكوني.

اقترحت الدراسات الحديثة للخلفية الكونية الميكروية أن هندسة الفضاء قد تكون منحنية بدلاً من كونها مسطحة ، وهو ما يتوافق مع النظرية الأكثر قبولًا للانفجار الأعظم. لكن دراستنا خلصت إلى أن الفضاء مسطح بالفعل.

حتى بعد هذه التطورات المهمة ، سيظل علماء الكونيات في جميع أنحاء العالم في حيرة من البساطة الواضحة للطاقة المظلمة ، وتسطيح الفضاء والقيم المثيرة للجدل لمعدل التوسع اليوم. لا يوجد سوى طريقة واحدة للمضي قدمًا في البحث عن إجابات - وهي إنشاء خرائط أكبر وأكثر تفصيلاً للكون. تهدف العديد من المشاريع إلى قياس 10 أضعاف المجرات على الأقل مما فعلناه.

إذا كانت الخرائط من eBOSS هي أول من اكتشف فجوة مفقودة من 11 مليار سنة من تاريخنا ، فإن الجيل الجديد من التلسكوبات سيصنع نسخة عالية الدقة لنفس الفترة الزمنية. من المثير التفكير في حقيقة أن الاستطلاعات المستقبلية قد تكون قادرة على حل الألغاز المتبقية حول توسع الكون في العقد المقبل أو نحو ذلك. لكن سيكون الأمر مثيرًا بنفس القدر إذا كشفوا عن المزيد من المفاجآت.

تم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة بموجب رخصة المشاع الإبداعي. اقرأ المقال الأصلي.


تقود الطاقة المظلمة الكون بعيدًا عن الأنظار: يجد Galaxy Evolution Explorer التابع لناسا أن الطاقة المظلمة مثيرة للاشمئزاز

أدى مسح لمدة خمس سنوات لـ 200000 مجرة ​​، تمتد إلى سبعة مليارات سنة في الزمن الكوني ، إلى واحدة من أفضل التأكيدات المستقلة على أن الطاقة المظلمة تقود كوننا بعيدًا بسرعات متسارعة.

واستخدم المسح بيانات من مستكشف Evolution التابع لوكالة ناسا الفضائية والتلسكوب الأنجلو-أسترالي على جبل سايدنج سبرينج في أستراليا.

تقدم النتائج دعمًا جديدًا للنظرية المفضلة لكيفية عمل الطاقة المظلمة - كقوة ثابتة ، تؤثر بشكل موحد على الكون وتدفع تمدده الجامح. إنها تتعارض مع نظرية بديلة ، حيث الجاذبية ، وليس الطاقة المظلمة ، هي القوة التي تدفع الفضاء بعيدًا. وفقًا لهذه النظرية البديلة ، التي لا تتفق معها نتائج المسح الجديد ، فإن مفهوم ألبرت أينشتاين للجاذبية خاطئ ، وتصبح الجاذبية مثيرة للاشمئزاز بدلاً من الجاذبية عند التصرف على مسافات بعيدة.

قال كريس بليك من جامعة سوينبيرن للتكنولوجيا في ملبورن بأستراليا: "إن عمل الطاقة المظلمة هو كما لو أنك رميت كرة في الهواء ، واستمرت في التسارع لأعلى في السماء بشكل أسرع وأسرع". بليك هو المؤلف الرئيسي لمقالين يصفان النتائج التي ظهرت في الأعداد الأخيرة من الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية. "تخبرنا النتائج أن الطاقة المظلمة هي ثابت كوني ، كما اقترح أينشتاين. إذا كانت الجاذبية هي الجاني ، فلن نشهد هذه التأثيرات الثابتة للطاقة المظلمة طوال الوقت."

يُعتقد أن الطاقة المظلمة تهيمن على عالمنا ، حيث تشكل حوالي 74 بالمائة منه. المادة المظلمة ، وهي مادة أقل غموضًا ، تمثل 22 بالمائة. ما يسمى بالمادة العادية ، أي شيء به ذرات ، أو الأشياء التي تتكون منها الكائنات الحية والكواكب والنجوم ، هي فقط حوالي 4٪ من الكون.

تم اقتراح فكرة الطاقة المظلمة خلال العقد الماضي ، بناءً على دراسات عن نجوم متفجرة بعيدة تسمى المستعرات الأعظمية. تبعث المستعرات الأعظمية ضوءًا ثابتًا وقابلًا للقياس ، مما يجعلها تسمى "الشموع القياسية" ، والتي تسمح بحساب بعدها عن الأرض. كشفت الملاحظات أن الطاقة المظلمة كانت تقذف الأشياء بسرعات متسارعة.

يوفر الاستطلاع الجديد طريقتين منفصلتين للتحقق من هذه النتائج بشكل مستقل. هذه هي المرة الأولى التي أجرى فيها علماء الفلك هذه الفحوصات عبر كامل النطاق الزمني الكوني الذي تهيمن عليه الطاقة المظلمة. بدأ علماء الفلك بتجميع أكبر خريطة ثلاثية الأبعاد للمجرات في الكون البعيد ، والتي رصدها مستكشف تطور المجرة.

قال كريستوفر مارتن ، الباحث الرئيسي في المهمة في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا: "ساعد مستكشف تطور غالاكسي في تحديد المجرات الشابة اللامعة ، والتي تعتبر مثالية لهذا النوع من الدراسة". "لقد وفرت السقالات لهذه الخريطة الهائلة ثلاثية الأبعاد."

حصل الفريق على معلومات مفصلة حول الضوء لكل مجرة ​​باستخدام التلسكوب الأنجلو-أسترالي ودرس نمط المسافة بينهما. تركت الموجات الصوتية من بدايات الكون بصمات في أنماط المجرات ، مما تسبب في فصل أزواج من المجرات بنحو 500 مليون سنة ضوئية.

استخدم بليك وزملاؤه هذا "المسطرة القياسية" لتحديد المسافة من أزواج المجرات إلى الأرض. كما هو الحال مع دراسات المستعرات الأعظمية ، تم دمج بيانات المسافة هذه مع معلومات حول السرعات التي يتحرك بها الأزواج بعيدًا عنا ، مما يكشف ، مرة أخرى ، أن نسيج الفضاء يتمدد بشكل أسرع وأسرع.

استخدم الفريق أيضًا خريطة المجرات لدراسة كيفية نمو مجموعات المجرات بمرور الوقت مثل المدن ، والتي تحتوي في النهاية على عدة آلاف من المجرات. تجذب العناقيد المجرات الجديدة من خلال الجاذبية ، لكن الطاقة المظلمة تبتعد عنها. إنه يبطئ العملية ، مما يسمح للعلماء بقياس القوة البغيضة للطاقة المظلمة.

قال جون مورس ، مدير قسم الفيزياء الفلكية في مقر ناسا بواشنطن: "لقد أنتجت ملاحظات علماء الفلك على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية واحدة من أكثر الاكتشافات المذهلة في العلوم الفيزيائية ، وهو تسريع توسع الكون ، الناجم عن الانفجار العظيم". "باستخدام أساليب مستقلة تمامًا ، ساعدت البيانات من Galaxy Evolution Explorer على زيادة ثقتنا في وجود الطاقة المظلمة."


ماذا يمكن أن تعلمنا الجبن السويسري عن الطاقة المظلمة؟

منذ حوالي 10 سنوات ، توصل العلماء إلى استنتاج مذهل مفاده أن كوننا يتسارع بسرعات متزايدة باستمرار ، ويمتد المكان والزمان نفسه مثل الجبن الذائب. القوة التي تدفع الكون بعيدًا لا تزال لغزا ، وهذا هو بالضبط سبب تسميتها "بالطاقة المظلمة".

لكن هل الطاقة المظلمة حقيقية حقًا؟ هل كوننا يتسارع حقًا؟ هذه الأسئلة تدور في ذهن علي فاندرفيلد ، عالم الكونيات ما بعد الدكتوراه في مختبر الدفع النفاث. نشرت فاندرفيلد وزملاؤها مؤخرًا ورقة بحثية في مجلة Physical Review تبحث في كيف أن الثقوب العملاقة في عالمنا "الشبيه بالجبن السويسري" قد تجعل الفضاء يبدو وكأنه يتسارع بينما لا يكون كذلك في الحقيقة. لقد خلصوا إلى أن هذه الثقوب ، أو الفراغات ، ليست كافية لتفسير الطاقة المظلمة بعيدًا ، ومع ذلك ، يقول فاندرفيلد إنه من المهم الاستمرار في التشكيك في السمات الأساسية للفضاء ذاته الذي نعيش فيه.

قال فاندرفيلد: "في بعض الأحيان نأخذ الطاقة المظلمة كأمر مسلم به". "ولكن هناك نظريات أخرى يمكن أن تفسر لماذا يبدو أن الكون يتباعد بسرعات أكبر وأسرع."

لماذا يعتقد العلماء أن الكون يتسارع؟ يأتي جزء كبير من الأدلة من الملاحظات المأخوذة خلال العقد الماضي أو نحو ذلك من انفجارات النجوم الضخمة البعيدة جدًا والتي تسمى المستعرات الأعظمية. ساهمت الكاميرا الكوكبية 2 ذات المجال الواسع من مختبر الدفع النفاث JPL على تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا في هذا البحث الرائد. اكتشف علماء الفلك بالفعل أن الفضاء ، منذ نشأته قبل حوالي 13.7 مليار سنة في انفجار هائل "الانفجار الكبير" ، آخذ في التوسع. لكنهم لم يعرفوا ما إذا كان هذا التوسع يحدث بمعدل ثابت ، بل إنهم توقعوا أنه يمكن أن يتباطأ. من خلال فحص المستعرات الأعظمية البعيدة التي تبعد مليارات السنين الضوئية ، يمكن للعلماء إلقاء نظرة على كيفية تصرف توسع الفضاء بمرور الوقت.

كانت النتائج محيرة. كانت المستعرات الأعظمية البعيدة أكثر قتامة مما كان متوقعًا ، مما يوحي بأنها أبعد مما كان يُعتقد سابقًا. إذا كانوا على مسافة أبعد ، فهذا يعني أن المسافة بيننا وبين المستعرات الأعظمية تتوسع بسرعات متزايدة باستمرار. أشارت الأبحاث الإضافية منذ ذلك الحين إلى تسارع الكون.

قامت مجموعة من الباحثين من مختبر Fermi National Accelerator Laboratory في باتافيا ، إلينوي ، مؤخرًا باستدعاء ما يسمى بنموذج الجبن السويسري للكون لشرح سبب ظهور هذه المستعرات الأعظمية وكأنها تتحرك بعيدًا عنا بشكل أسرع مما هي عليه بالفعل. يتكون الكون من كتل من المادة تتخللها ثقوب عملاقة ، أو فراغات ، تشبه إلى حد ما الجبن السويسري. في الواقع ، في العام الماضي ، أفاد علماء الفلك في جامعة مينيسوتا ، توين سيتيز ، بالعثور على ملك كل الفراغات المعروفة ، التي تمتد على مليار سنة ضوئية. بعبارة أخرى ، سوف يستغرق الأمر - الذي يحمل عنوان أسرع الأشياء في الكون - مليار سنة للانتقال من جانب واحد من الفراغ إلى الجانب الآخر!

قال الباحثون في Fermi إن هذه الفراغات قد تكون بيننا وبين المستعرات الأعظمية التي يتم رصدها ، وتتصرف مثل العدسات المقعرة لجعل الأشياء تبدو باهتة وأبعد مما هي عليه بالفعل. إذا كان الأمر كذلك ، فقد لا يكون المستعر الأعظم متسارعًا بعيدًا عنا بعد كل شيء. زعمت نظريتهم أنها توفر طريقة يمكن أن تتلاشى فيها الطاقة المظلمة.

نظرت فاندرفيلد وزملاؤها في جامعة كورنيل ، إيثاكا ، نيويورك ، عن كثب في هذه النظرية ووجدوا بعض "الثغرات". افترضت المجموعة في فيرمي أن مجموعة من الفراغات ستصطف بيننا وبين المستعرات الأعظمية ، لكن مجموعة فاندرفيلد قالت ، في الواقع ، سيتم توزيع الفراغات بشكل عشوائي - مرة أخرى مثل الجبن السويسري. مع هذا التوزيع العشوائي ، لا تكفي الفراغات لتفسير الطاقة المظلمة.

قال فاندرفيلد: "قد لا يزال تكتل الكون يخدعنا للاعتقاد بأنه يتسارع". "لكننا لم نجد أن هذا هو الحال مع أفضل نماذجنا الحالية للكون."

ومع ذلك ، هناك احتمال غريب آخر يمكن أن يعني أن الفراغ يخلق وهم الكون المتسارع. إذا كان نظامنا الشمسي موجودًا في منتصف الفراغ ، فإن هذا الفراغ سيشوه ملاحظاتنا. قال فاندرفيلد ، "من الصعب حقًا معرفة ما إذا كنا في فراغ ، ولكن في الغالب تم استبعاد هذا الاحتمال."


وضع النظرية على المحك

من المثير أن نظرية مايدر قابلة للاختبار. على سبيل المثال ، يمكننا تحديد سرعة دوران المجرات من خلال الملاحظة ومقارنة البيانات بالتنبؤات التي قدمها نموذجه للفضاء الفارغ. يمكننا حتى فحص حركة المجرات داخل عناقيد المجرات لاختبار ما إذا كان هناك اتفاق مع النموذج المقترح.

اقترح العلماء المادة المظلمة فقط لشرح كيفية تحرك المجرات والعناقيد المجرية بسبب الجاذبية. ولكن ماذا لو أن الفضاء نفسه يمكن أن يجعلهم يتحركون بهذه الطريقة؟ حتى الآن ، تتوافق الاختبارات التي يصفها Maeder مع الملاحظات التي تم إجراؤها.

ومع ذلك ، هناك العديد من الاختبارات التي يجب إجراؤها ، فقد قام Maeder بالتحقيق في مجموعتين من المجرات فقط. ودعونا لا ننسى الكم الهائل من العمل الذي يشير إلى وجود المادة المظلمة والطاقة المظلمة. Yet it is tantalising that, if the hypotheses that Maeder has put forward are correct, then it points to a large revision of our ideas about cosmology.

While we are not there yet, ultimately, the pie chart of mass and energy density of the entire universe may need to be revisited to scrub out the two biggest parts! It’s an exciting time to be a cosmologist.


شاهد الفيديو: اغرب مادة في الكون. المادة المظلمة و الطاقة المظلمة (شهر اكتوبر 2021).