نرى عددًا لا يحصى من النجوم والمجرات تتلألأ في الكون اليوم، ولكن ما هي كمية المادة الموجودة بالفعل؟ السؤال بسيط بما فيه الكفاية، لكن إجابته تبدو مثيرة للدهشة.
توجد هذه المعضلة إلى حد كبير لأن الملاحظات الكونية الحالية تختلف ببساطة حول كيفية توزيع المادة في الكون الحالي.
قد يكون من المفيد إجراء محاكاة حاسوبية جديدة تتتبع كيفية تطور جميع عناصر الكون – المادة العادية والمادة المظلمة والطاقة المظلمة – وفقًا لقوانين الفيزياء. تُظهر الصور المذهلة المجرات ومجموعات المجرات التي تظهر في الصورة الكون، يتغذى بما يسمى الويب الكوني. هذه الشبكة هي أكبر هيكل في الكون، مبنية من خيوط مكونة من المادة العادية، أو المادة الباريونية، و المادة المظلمة.
على عكس عمليات المحاكاة السابقة التي تناولت المادة المظلمة فقط، فإن العمل الجديد، الذي نفذه مشروع يسمى FLAMINGO (اختصار لمحاكاة البنية واسعة النطاق ذات الطاقة المائية الكاملة مع رسم خرائط السماء بالكامل لتفسير ملاحظات الجيل التالي)، يتتبع المادة العادية أيضًا.
متعلق ب: هل نعيش في محاكاة؟ المشكلة مع هذه الفرضية المحيرة للعقل.
وقال يوب شاي، الأستاذ في جامعة ليدن في هولندا والمؤلف المشارك في الدراسات الثلاث الجديدة حول مشروع فلامينجو، في بيان: “على الرغم من أن المادة المظلمة تهيمن على الجاذبية، إلا أنه لم يعد من الممكن إهمال مساهمة المادة العادية”. .
أما بالنسبة لكمية المادة التي يحتويها الكون بالفعل، يقول علماء الفلك إن عمليات المحاكاة الحاسوبية مثل هذه ليست مجرد حلوى للعين الكونية، ولكنها أيضًا تحقيقات مهمة للمساعدة في تحديد سبب التناقض الكبير في علم الكونيات الذي يسمى “التوتر S8”. هذا هو الجدل الدائر حول كيفية توزيع المادة في الكون.
ما هو التوتر S8؟
عند استكشاف الكون، يعمل علماء الفلك أحيانًا باستخدام ما يُعرف باسم المعلمة S8. تصف هذه المعلمة بشكل أساسي مدى “تكتل” كل المادة في كوننا أو تتجمعها بقوة، ويمكن قياسها بدقة باستخدام ما يعرف بملاحظات الانزياح الأحمر المنخفض. يستخدمه علماء الفلك الانزياح الأحمر لقياس مدى بعد الكائن أرض، ودراسات الانزياح الأحمر المنخفض مثل “ضعيفة عدسة الجاذبية المسوحات” يمكن أن تسلط الضوء على العمليات التي تتكشف في الكون البعيد، وبالتالي الأقدم.
ولكن يمكن أيضًا التنبؤ بقيمة S8 باستخدام دالة النموذج القياسي علم الكونيات. يمكن للعلماء ضبط النموذج بشكل أساسي ليتناسب مع الخصائص المعروفة للكائن خلفية الميكروويف الكونية (CMB)، وهو الإشعاع المتبقي من الانفجار الكبير، وحساب تكتل المادة من هناك.
إذن، هذا هو الأمر.
وجدت تجارب CMB قيمة S8 أعلى من مسوحات عدسة الجاذبية الضعيفة. ولا يعرف علماء الكون السبب، فهم يطلقون على هذا التناقض اسم التوتر S8.
في الواقع، التوتر S8 هو أزمة تختمر في علم الكونيات تختلف قليلاً عن ابن عمه الشهير: توتر هابلوالذي يشير إلى التناقضات التي يواجهها العلماء في تحديد معدل توسع الكون.
السبب وراء عدم تقديم المحاكاة الجديدة للفريق إجابة لمشكلة توتر S8 هو أمر كبير، لأنه على عكس عمليات المحاكاة السابقة التي أخذت في الاعتبار فقط تأثيرات المادة المظلمة على الكون المتطور، فإن العمل الأخير يأخذ في الاعتبار تأثيرات المادة العادية أيضًا . وعلى النقيض من المادة المظلمة، فإن المادة العادية تحكمها جاذبية وكذلك الضغط الناتج عن الغاز عبر الكون. على سبيل المثال، الرياح المجرية مدفوعة سوبر نوفا الانفجارات وتراكم بنشاط الثقوب السوداء الهائلة هي عمليات حاسمة تعيد توزيع المادة العادية عن طريق نفخ جزيئاتها إلى المجرات فضاء.
ومع ذلك، فحتى دراسة العمل الجديد للمادة العادية وكذلك بعض الرياح المجرية الأكثر تطرفًا لم تكن كافية لتفسير التكتل الضعيف للمادة الذي لوحظ في الكون الحالي.
وقال شاي لموقع Space.com: “أنا هنا في حيرة”. “الاحتمال المثير هو أن التوتر يشير إلى عيوب في النموذج القياسي لعلم الكونيات، أو حتى النموذج القياسي للفيزياء.”
غاز
آلية التنمية النظيفة
النجوم
النيوترينوات
فيزياء غريبة أم نموذج معيب؟
إذًا، من أين نشأ هذا التوتر S8؟
وقال إيان مكارثي، عالم الفيزياء الفلكية النظرية في جامعة ليفربول جون موريس في المملكة المتحدة والمؤلف المشارك لثلاث دراسات جديدة، لموقع Space.com: “لا نعرف ما الذي يجعل هذا الأمر مثيرًا للغاية”.
ومع ذلك، فإن عمليات المحاكاة الحاسوبية، مثل تلك التي أجرتها شركة FLAMINGO، يمكن أن تقربنا خطوة أخرى. وقد تساعد في الكشف عن سبب توتر S8 لأن الخريطة الافتراضية الكبرى للكون قد تساعد في تحديد الأخطاء المحتملة في قياساتنا الحالية. على سبيل المثال، يستبعد علماء الفلك ببطء المزيد من التفسيرات الدنيوية لهذه القضية، مثل حقيقة أنها قد تكون بسبب عدم اليقين العام في عمليات رصد الهياكل واسعة النطاق أو المتعلقة بمشكلة في CMB نفسها.
في الواقع، يتوقع الفريق أن تأثيرات المادة الطبيعية ربما تكون أقوى بكثير مما هي عليه في عمليات المحاكاة الحالية. ومع ذلك، يبدو هذا أيضًا غير مرجح، حيث تتفق عمليات المحاكاة جيدًا مع الخصائص المرصودة للمجرات وعناقيد المجرات.
وقال مكارثي: “كل هذه الاحتمالات مثيرة للغاية ولها آثار مهمة على الفيزياء الأساسية وعلم الكونيات”. لكن الاحتمال الأكثر إثارة هو “أن النموذج القياسي غير صحيح بطريقة ما”.
على سبيل المثال، يمكن أن يكون للمادة المظلمة خصائص غريبة ذاتية التفاعل لم تؤخذ في الاعتبار في النموذج القياسي، وقد يشير توتر S8 إلى انهيار نظريتنا في الجاذبية على المقاييس الأكبر، كما قال مكارثي.
قصص ذات الصلة:
– محاكاة ضخمة للكون تستكشف لغز النيوترينوات الشبحية
– هل الكون محاكاة؟ نقاش العلماء
– مفارقة فيرمي: أين جميع الكائنات الفضائية؟
ومع ذلك، في حين أن أحدث عمليات المحاكاة تتبع تأثيرات المادة الطبيعية والجسيمات دون الذرية المعروفة باسم النيوترينوات – وكلاهما وجد أنهما مهمان لإجراء تنبؤات دقيقة حول كيفية تطور المجرات عبر العصور – إلا أنهما لم يحلا مشكلة التوتر S8.
إليكم الأمر المثير للدهشة: عند الانزياحات الحمراء المنخفضة، يكون الكون أقل تكتلًا بشكل ملحوظ مما تنبأ به النموذج القياسي. لكن القياسات التي تسبر هياكل الكون بين وقال مكارثي إن قياسات CMB والانزياح الأحمر المنخفض “تتوافق تمامًا مع تنبؤات النماذج القياسية”. “يبدو أن الكون تصرف كما هو متوقع في جزء كبير من التاريخ الكوني، لكن هذا الشيء تغير لاحقًا في التاريخ الكوني.”
ربما يكمن مفتاح حل التوتر S8 في الإجابة على السبب الذي دفع هذا التغيير بالضبط.
هذا البحث هو الموصوفة في ثلاثة أوراق نشرت في مجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.