كل شيء في الفضاء – من الأرض والشمس إلى الثقوب السوداء – يمثل 15 ٪ فقط من جميع المسائل في الكون. يبدو أن بقية الكون مصنوعة من علماء فلكي غير مرئي يسمون المادة المظلمة.
يعرف علماء الفلك المادة المظلمة لأن جاذبيتها تؤثر على أشياء أخرى ، مثل الضوء. لكن فهم المادة المظلمة لا يزال مجالًا نشطًا للبحث.
مع إصدار صوره الأولى هذا الشهر ، بدأ مرصد Vera C. Rubin بمهمة مدتها 10 سنوات للمساعدة في كشف لغز المادة المظلمة. سيواصل المرصد إرث الاسم نفسه ، وهو عالم فلكي يتقدم قام بتطوير فهمنا للمادة 85 ٪ الأخرى من الكون.
كمؤرخ لعلم الفلك ، درست كيف شكلت مساهمات فيرا روبن الفيزياء الفلكية. اسم المرصد مناسب ، بالنظر إلى أن بياناته ستوفر قريبًا للعلماء وسيلة للبناء على عملها وإلقاء المزيد من الضوء على المادة المظلمة.
عرض واسع للكون
من وجهة نظرها في جبال الأنديز التشيلية ، سيقوم مرصد روبن بتوثيق كل شيء مرئي في السماء الجنوبية. كل ثلاث ليال ، ستقوم المرصد وكاميراها البالغة 3200 ميجابكسل بسجل في السماء.
هذه الكاميرا ، بحجم سيارة صغيرة ، هي أكبر كاميرا رقمية تم إنشاؤها على الإطلاق. سوف تلتقط الصور مساحة من السماء حوالي 45 مرة بحجم اكتمال القمر. مع كاميرا كبيرة مع مجال عرض واسع ، سوف ينتج روبن حوالي خمسة بيتابايت من البيانات كل عام. هذا ما يقرب من 5000 سنة من أغاني MP3.
بعد أسابيع وأشهر وسنوات من الملاحظات ، سيكون لدى علماء الفلك سجلًا زمنيًا يكشف عن أي شيء ينفجر أو وميض أو تحركات-مثل supernovas أو النجوم المتغيرة أو الكويكبات. سيكون لديهم أيضًا أكبر مسح للمجرات التي أجريت على الإطلاق. هذه الآراء المجرة هي مفتاح التحقيق في المادة المظلمة.
المجرات هي المفتاح
لقد كشفت صور James Webb Space Telescope وآخرون في المجال العميق من Telescope Hubble Space Telescope وآخرون عن وفرة المجرات في الكون. يتم التقاط هذه الصور مع وقت التعرض الطويل لجمع معظم الضوء ، بحيث تظهر الكائنات الخافتة للغاية.
يعرف الباحثون الآن أن هذه المجرات لم يتم توزيعها بشكل عشوائي. الجاذبية والمواد المظلمة تسحبهما وتوجيههما إلى بنية تشبه شبكة العنكبوت أو حوض من الفقاعات. سوف يتوسع مرصد روبن في هذه الدراسات الاستقصائية المجرية السابقة ، مما يزيد من دقة البيانات والتقاط المليارات الأخرى.
بالإضافة إلى المساعدة في بنية المجرات في جميع أنحاء الكون ، تشوه Dark Matter أيضًا ظهور المجرات من خلال تأثير يشار إليه باسم عدسة الجاذبية.
ينتقل الضوء عبر الفضاء في خط مستقيم – ما لم يقترب من شيء ضخم. جاذبية تنحني طريق الضوء ، الذي يشوه الطريقة التي نراها. يوفر تأثير عدسة الجاذبية هذا أدلة يمكن أن تساعد علماء الفلك على تحديد موقع المادة المظلمة. كلما كانت الجاذبية أقوى ، كلما زاد الانحناء في مسار الضوء.
اكتشاف المادة المظلمة
لعدة قرون ، قام علماء الفلك بتتبع وقياس حركة الكواكب في النظام الشمسي. وجدوا أن جميع الكواكب اتبعت المسار الذي تنبأ به قوانين نيوتن للحركة ، باستثناء أورانوس. قام علماء الفلك وعلماء الرياضيات بأنه إذا كانت قوانين نيوتن صحيحة ، فيجب أن يكون هناك بعض المواد المفقودة – كائن ضخم آخر – هناك تجر على أورانوس. من هذه الفرضية ، اكتشفوا نبتون ، مؤكدين قوانين نيوتن.
مع القدرة على رؤية الأشياء البطيئة في ثلاثينيات القرن العشرين ، بدأ علماء الفلك في تتبع حركات المجرات.
صاغ فريتز زويكي معهد كاليفورنيا لتكنولوجيا الفلك فريتز زويكي المصطلح المظلم في عام 1933 ، بعد مراقبة المجرات في مجموعة الغيبوبة. قام بحساب كتلة المجرات بناءً على سرعاتها ، والتي لا تتطابق مع كتلتها بناءً على عدد النجوم التي لاحظها.
لقد اشتبه في أن المجموعة يمكن أن تحتوي على مادة غير مرئية مفقودة تمنع المجرات من الطيران. لكن لعدة عقود كان يفتقر إلى أدلة مراقبة كافية لدعم نظريته.
أدخل فيرا روبن
في عام 1965 ، أصبحت فيرا روبن أول امرأة تم تعيينها في الموظفين العلميين في قسم المغناطيسية الأرضية في مؤسسة كارنيجي في واشنطن العاصمة
عملت مع Kent Ford ، التي بنى طيفًا حساسًا للغاية وكانت تتطلع إلى تطبيقه على مشروع بحثي علمي. استخدم Rubin و Ford Spectrograph لقياس مدى سرعة النجوم حول وسط مجراتها.
في النظام الشمسي ، حيث تقع معظم الكتلة داخل الشمس في المركز ، يتحرك أقرب كوكب ، ميركوري ، بشكل أسرع من كوكب أبعد ، نبتون.
وقال روبن في عام 1992: “لقد توقعنا أنه عندما وصلت النجوم إلى أبعد من مركز مجرتها ، فإنهم يدورون أبطأ وأبطأ”.
ما وجدوا في المجرات فاجأهم. كانت النجوم بعيدة عن مركز Galaxy تتحرك بنفس السرعة التي تقترب فيها النجوم.
“وهذا يؤدي حقًا إلى احتمالين فقط” ، أوضح روبن. “إما أن قوانين نيوتن لا تصمد ، ويخاف علماء الفيزياء وعلماء الفلك بشكل محزن من ذلك … (أو) النجوم يستجيبون لمجال المادة الجاذبية التي لا نراها”.
تراكمت البيانات كما أنشأ روبن مؤامرة بعد المؤامرة. لم يشك زملائها في ملاحظاتها ، لكن التفسير ظل نقاشًا. كان الكثير من الناس مترددين في قبول أن المادة المظلمة كانت ضرورية لحساب النتائج الواردة في بيانات روبن.
واصل روبن دراسة المجرات ، وقياس مدى سرعة تحرك النجوم داخلها. لم تكن مهتمة بالتحقيق في المادة المظلمة نفسها ، لكنها استمرت في توثيق آثارها على حركة المجرات.
إرث فيرا روبن
اليوم ، يدرك المزيد من الناس ملاحظات روبن ومساهماتها في فهمنا للمادة المظلمة. في عام 2019 ، تم تقديم مشروع قانون للكونجرس لإعادة تسمية تلسكوب المسح السينوبتيكي السابق إلى مرصد Vera C. Rubin. في يونيو 2025 ، أصدرت الولايات المتحدة النعناع ربعًا يضم فيرا روبن.
واصلت روبن تجميع البيانات حول حركات المجرات طوال حياتها المهنية. التقطت آخرون المكان الذي توقفت فيه وساعدت في تعزيز أبحاث المادة المظلمة على مدار الخمسين عامًا الماضية.
في السبعينيات من القرن الماضي ، ابتكر الفيزيائي جيمس بيبلز وعلماء الفلك جيريميا أوستركر وأموس ياهيل محاكاة كمبيوتر من المجرات الفردية. وخلصوا ، على غرار Zwicky ، إلى أنه لم يكن هناك ما يكفي من المسألة المرئية في المجرات لمنعهم من الطيران.
اقترحوا أنه مهما كانت المادة المظلمة – سواء كانت النجوم الباردة أو الثقوب السوداء أو بعض الجسيمات غير المعروفة – قد يكون هناك ما يصل إلى 10 أضعاف مقدار المادة المظلمة من المادة العادية في المجرات.
طوال فترة تشغيله لمدة 10 سنوات ، يجب أن يمنح مرصد روبن المزيد من الباحثين الفرصة لإضافته إلى فهمنا للمادة المظلمة.
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة ، وهي مؤسسة إخبارية مستقلة غير ربحية تجلب لك الحقائق والتحليلات الجديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتبه: سامانثا طومسون ، معهد سميثسونيان
اقرأ المزيد:
لا تعمل Samantha Thompson مع الأسهم أو استشارةها أو تلقيها من أي شركة أو مؤسسة ستستفيد من هذه المقالة ، ولم تكشف عن أي انتماءات ذات صلة تتجاوز تعيينها الأكاديمي.