اشترك في النشرة الإخبارية لنظرية Wonder's Wonder Science. استكشف الكون بأخبار عن الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
استخدم علماء الفلك رشقات إذاعية سريعة غامضة ، أو ومضات مشرقة طويلة من موجات الراديو من الفضاء ، لمساعدتهم على تتبع بعض المواد المفقودة في الكون.
المادة المظلمة والطاقة المظلمة تشكل معظم الكون. المادة المظلمة هي مادة غامضة تشكل الكون ، في حين أن الطاقة المظلمة هي قوة تسرع معدل توسيع الكون ، وفقًا لوكالة ناسا. من المستحيل مراقبة كلاهما بشكل مباشر ولكن يمكن اكتشافه بسبب آثار الجاذبية.
لكن بقية الكون مصنوع من الباريون الكونية ، أو المادة العادية ، والتي يمكن العثور عليها في جزيئات صغيرة تسمى البروتونات والنيوترونات.
وقال ليام كونور ، أستاذ علم الفلك في جامعة هارفارد: “إذا قمت بإضافة جميع النجوم والكواكب والغاز البارد الذي تراها مع التلسكوبات الخاصة بك ، فإنه يرقى فقط إلى أقل من 10 ٪ من المواد العادية في الكون”.
بينما اعتقد علماء الفلك أن معظم المسألة العادية للكون كانت تطفو في المساحات بين المجرات ، والتي تسمى الوسط بين المجرات ، أو داخل الهالات الممتدة من المجرات – مناطق كروية شاسعة بما في ذلك النجوم والغاز الساخن – لم يتمكنوا من قياس هذه المادة التي تشبه الضباب. هذا لأن المادة العادية تنبعث من الضوء على أطوال موجية مختلفة ، لكن الكثير منها منتشرة لدرجة أنها مثل محاولة اكتشاف الضباب.
أدى عدم القدرة على اكتشاف ما يقرب من نصف المسألة العادية للكون إلى صراع على علم الكونيات على مدار عقود يسمى مشكلة باريون المفقودة.
الآن ، لاحظ كونور وزملاؤه مباشرة المادة المفقودة باستخدام وميض رشقات الراديو السريعة لتخطيط ما لا يمكن رؤيته من قبل. أبلغوا عن نتائجهم في دراسة جديدة نشرت يوم الاثنين في مجلة Nature Astronomy.
وقال كونور ، المؤلف الرئيسي للورقة: “تتألق Frbs من خلال ضباب الوسيلة بين المجرات ، وقياسها بدقة كيف يتباطأ الضوء ، يمكننا أن نزن هذا الضباب ، حتى عندما يكون من الخافت للغاية أن نرى”. تم إجراء جزء كبير من العمل في الدراسة بينما كان كونور مساعد باحث في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.
على الطريق ، يعتقد علماء الفلك أنهم يستطيعون استخدام رشقات إذاعية سريعة للمساعدة في إلقاء الضوء على الهيكل غير المرئي للكون.
يصور توضيح الفنان المادة العادية على أنها الملوثات العضوية الثابتة من الألوان في المساحات بين المجرات. – جاك مادن/توضيحي/رالف كونييتسكا/ليام كونور/CFA
الأضواء الوامضة تقود الطريق
تم اكتشاف أكثر من ألف رشقة إذاعية سريعة ، أو FRBS ، منذ اكتشافها في عام 2007. تم تتبع حوالي 100 فقط إلى المجرات ، وفقًا لمؤلفي الدراسة. لا يزال علماء الفلك غير متأكدين من الأسباب الدقيقة وراء الرشقات ، لكن العثور على المزيد منها يمكن أن يكشف عن أصولهم الغامضة.
لإلقاء الضوء على المادة المفقودة ، اعتمد التحليل الجديد على مزيج من رشقات الراديو السريعة التي لوحظت مسبقًا ، بالإضافة إلى ومضات ساطعة لم تتم ملاحظتها أبدًا حتى يتم البحث.
توجد 69 رشقات إذاعية سريعة تم فحصها في الدراسة على مسافات تتراوح بين 11.74 مليون إلى ما يقرب من 9.1 مليار سنة ضوئية من الأرض. تم اكتشاف أبعد ما يسمى FRB 20230521B ، أثناء البحث وهو حامل السجل الحالي لأكثر اندفاع الراديو السريع البعيدة على الإطلاق.
استخدم فريق الدراسة مجموعة Synoptic Deep ، وهي شبكة تضم 110 تلسكوبات راديو ، للعثور على 39 من رشقات الراديو السريعة في الدراسة. تقع مجموعة التلسكوب ، المصممة لتتبع راديو سريع إلى نقاط أصلها ، بالقرب من بيشوب ، كاليفورنيا ، في مرصد راديو أوينز فالي في كالتيك. ساعد مرصد WM Keck في هاواي ومرصد بالومار بالقرب من سان دييغو في قياس المسافات بين رشقات الراديو السريعة والأرض. تم العثور على 30 رشقات إذاعية سريعة أخرى بواسطة صفيف المربع الأسترالي كيلومتر باثفايندر وغيرها من التلسكوبات في جميع أنحاء العالم.
ساعد الصفيف السينوبتيكي العميق علماء الفلك في العثور على رشقات راديو سريعة غير معروفة. – Vikram Ravi/Caltech/Ovro
عندما تسافر موجات الراديو مع انفجار الراديو السريع باتجاه الأرض ، يمكن قياس ضوءها بأطوال موجية مختلفة تنتشر. يعتمد مقدار انتشار الضوء على مقدار المادة في طريقها.
تمكن الفريق من قياس مقدار تباطؤ كل إشارة انفجار راديو سريع أثناء مروره عبر الفضاء قبل الوصول إلى الأرض ، مما يضيء الغاز الذي واجهته على طول الطريق.
يمكن أن تتأثر سرعة رشقات الراديو السريعة بما يتجولون فيه ، مما يعني أن الأطوال الموجية المختلفة للضوء تصل في أوقات مختلفة. في حين أن الأطوال الموجية الطويلة والأحمر تنتقل ببطء أكثر للوصول إلى الأرض ، تصل أطوال موجية أقصر وأزرق بسرعة أكبر. سمح كل طول موجة علماء الفلك لقياس المادة غير المرئية.
وقال كونور إن النبضات القصيرة من رشقات الراديو السريعة أمر بالغ الأهمية لهذا القياس لأنها تتصرف مثل منارات وميض الكونية.
وقال كونور: “يمكننا قياس مدى إبطاء نبض الراديو بأطوال موجية مختلفة (يطلق عليه تشتت البلازما) ، وهذا يعتبر فعليًا جميع الباريون”. “بالنسبة للنجم الذي يضيء بشكل مستمر أو مصدر غير موجود في الراديو ، لا يمكننا قياس تأثير” التشتت “.
تمكن الفريق من استخدام تشتت الضوء لتعيين وقياس المادة على طول مسار رشقات الراديو السريعة.
وقال فيكرام رافي ، المؤلف المشارك للدراسة في بيان: “يبدو الأمر كما لو أننا نرى ظل جميع الباريون ، مع Frbs كأضواء خلفية”. “إذا رأيت شخصًا أمامك ، فيمكنك معرفة الكثير عنهم. ولكن إذا رأيت ظلاله فقط ، فأنت لا تزال تعلم أنه هناك وكم هو حجمهم تقريبًا.”
بعد تعيين جميع رشقات الراديو السريعة والمسألة التي مروا بها وإضاءة ، قرر الفريق أن 76 ٪ من المواد الكونية موجودة كغاز ساخن منخفض الكثافة في المساحة بين المجرات. يمكن العثور على 15 ٪ أخرى في هالات المجرة ، في حين أن الباقي يقع داخل المجرات نفسها كنجوم أو كواكب أو غاز بارد.
أداة كونية حاسمة
تتماشى النتائج القائمة على الملاحظة مع التنبؤات السابقة التي تم إجراؤها باستخدام عمليات المحاكاة ، وفقًا لمؤلفي الدراسة. وافق ويليام هـ. كيني ، أستاذ الفيزياء في الجامعة في كلية بوفالو للفنون والعلوم.
وقال كيني ، الذي لم يشارك في البحث: “لذا فإن النتيجة هي أنهم توصلوا إلى طريقة جديدة للعثور على الباريون التي عرفناها يجب أن تكون هناك ، ولكن ما إذا كانوا في الواقع (الوسيط بين المجرات) بدلاً من الهالوس كان لا يزال شيئًا مفتوحًا”.
وقال كونور: “لم تكن” مشكلة باريون المفقودة “التي يبلغ عمرها عقودًا تتعلق بما إذا كانت المسألة موجودة”. “كان الأمر دائمًا: أين هو؟ الآن ، بفضل Frbs ، نعلم: ثلاثة أرباعها تطفو بين المجرات في الشبكة الكونية.”
يمكن أن يساعد فهم توزيع المادة العادية للباحثين على فهم كيفية نمو المجرات وتتطور.
وقال كونور: “يتم سحب الباريون إلى مجرات من الجاذبية ، لكن الثقوب السوداء الفائقة والنجوم المنفجرة يمكن أن تهبهم للخلف – مثل ترموستات ترموستات كوني لأسفل إذا ارتفعت درجة الحرارة إلى حد كبير”. “تظهر نتائجنا أن هذه التعليقات يجب أن تكون فعالة ، حيث تخرج غازًا من المجرات وإلى (الوسيلة بين المجرات).”
وقال رافي إن رشقات الراديو السريعة قد تكون قادرة أيضًا على المساعدة في تعيين الشبكة الكونية بالتفصيل. هذا الهيكل ، المصنوع إلى حد كبير من المادة المظلمة ، بمثابة العمود الفقري للكون ، وفقا لوكالة ناسا.
وقال كونور إن Caltech تخطط حاليًا لبناء تلسكوب إذاعي آخر في صحراء نيفادا ، والتي يمكن أن تبني على نتائج الدراسة الجديدة من خلال العثور على ما يصل إلى 10000 رشقة إذاعية سريعة في السنة.
وقال رافي: “إنه انتصار لعلم الفلك الحديث. لقد بدأنا نرى بنية الكون وتكوينه في ضوء جديد تمامًا ، وذلك بفضل Frbs. تتيح لنا هذه الهبات القصيرة تتبع المسألة غير المرئية التي تملأ المساحات الشاسعة بين المجرات”.
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية CNN قم بإنشاء حساب في CNN.com