ALMA تطلق بصمة دقيقة للمادة المظلمة

تكشف الملاحظات الأرضية عن تقلبات المادة المظلمة تحت مستوى المجرات، مما يؤكد نظريات المادة المظلمة الباردة ويقدم رؤى جديدة حول تكوين الكون.

باستخدام أقوى مقياس تداخل راديوي في العالم، مصفوفة أتاكاما المليمترية/تحت المليمترية الكبيرة، اكتشف فريق بحث بقيادة البروفيسور كايكي تارو إينوي في جامعة كينتاي (أوساكا، اليابان) تقلبات في توزيع المادة المظلمة في الكون على مستويات أصغر من الكتلة. المجرات.ألما)، وتقع في جمهورية تشيلي.

وهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف التقلبات المكانية للمادة المظلمة في الكون البعيد على مقياس 30 ألف سنة ضوئية. تظهر هذه النتيجة أن البرودة هي مادة مظلمة^[1] حتى المقاييس الأصغر مفضلة على المجرات الضخمة، وهي خطوة مهمة نحو فهم الطبيعة الحقيقية للمادة المظلمة. سيتم نشرها في المقال ال مجلة الفيزياء الفلكية.

الشكل 1. تم الكشف عن تقلبات المادة المظلمة. يشير اللون البرتقالي الساطع إلى المناطق ذات كثافة المادة المظلمة العالية ويشير اللون البرتقالي الداكن إلى المناطق ذات كثافة المادة المظلمة المنخفضة. تمثل الألوان البيضاء والزرقاء الأجسام التي تؤثر على الجاذبية والتي رصدتها ALMA. المصدر: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)، KT Inoue وآخرون.

النقاط الرئيسية

• إن رصد ALMA، أحد أكبر مقاييس تداخل الموجات الراديوية في العالم، هو مشروع دولي.
• الكشف الأول عن تقلبات المادة المظلمة في الكون على مقاييس أقل من 30 ألف سنة ضوئية.
• خطوة مهمة نحو توضيح الطبيعة الحقيقية للمادة المظلمة.

يكتشف ALMA تقلبات صغيرة النطاق في توزيع المادة المظلمة

ويُعتقد أن المادة المظلمة، وهي المادة غير المرئية التي تشكل معظم كتلة الكون، لعبت دورًا رئيسيًا في تكوين الهياكل مثل النجوم والمجرات.^[2] وبما أن المادة المظلمة موزعة في مجموعات وليس بشكل موحد في الفضاء، فإن جاذبيتها تغير قليلاً مسار الضوء (بما في ذلك موجات الراديو) من مصادر الضوء البعيدة. تظهر ملاحظات هذا التأثير (عدسة الجاذبية) أن المادة المظلمة ترتبط بالمجرات والمجرات الضخمة نسبيًا، لكن كيفية توزيعها على نطاقات أصغر غير معروفة.

قرر فريق البحث استخدام ALMA لمراقبة جسم يبعد 11 مليار سنة ضوئية عن الأرض. الجسم عبارة عن كوازار ذو عدسة،^[3] ام جي J0414+0534^[4] (يشار إليه فيما يلي باسم “هذا الكوازار”).

يبدو أن هذا الكوازار له شكل رباعي بسبب تأثير عدسة الجاذبية للمجرة الأمامية. ومع ذلك، فإن مواقع وأشكال هذه الصور الظاهرة تختلف عن تلك المحسوبة من تأثير عدسة الجاذبية للمجرة الأمامية وحدها، مما يشير إلى أن تأثير عدسة الجاذبية لتوزيع المادة المظلمة يعمل على مقاييس أصغر من المجرات الضخمة.

الشكل 2: رسم تخطيطي مفاهيمي لنظام عدسة الجاذبية MG J0414+0534. يمثل الجسم الموجود في وسط الصورة المجرة العدسية. يشير اللون البرتقالي إلى المادة المظلمة في الفضاء بين المجرات، ويشير اللون الأصفر الفاتح إلى المادة المظلمة في المجرة العدسية. الائتمان: NAOJ، KT Inoue

تم العثور على تقلبات مكانية في كثافة المادة المظلمة حتى على مقياس حوالي 30.000 سنة ضوئية، أي أقل بكثير من المقياس الكوني (عدة مليارات من السنين الضوئية). تتوافق هذه النتيجة مع نظرية المادة المظلمة الباردة، التي تتنبأ بأن كتل المادة المظلمة لا تتواجد داخل المجرات فقط (الأصفر الفاتح في الشكل 2)، ولكن أيضًا في الفضاء بين المجرات (البرتقالي في الشكل 2).

إن تأثيرات عدسة الجاذبية الناتجة عن كتل المادة المظلمة التي شوهدت في هذه الدراسة صغيرة جدًا بحيث يصعب اكتشافها بمفردها. ومع ذلك، بفضل تأثير عدسة الجاذبية الناجم عن المجرة الأمامية ودقة ALMA العالية، تمكنا من اكتشاف التأثيرات لأول مرة. ولذلك يعد هذا البحث خطوة مهمة للتحقق من نظرية المادة المظلمة وتوضيح طبيعتها الحقيقية.

تم تقديم البحث في ورقة بحثية بعنوان “قياس ALMA لأطياف قدرة العدسة بمقياس 10 كيلو فرسخ فلكي نحو عدسة الكوازار MG J0414+0534” بقلم KT Inoue et al. في مجلة الفيزياء الفلكية.

ملحوظات

1. المادة المظلمة الباردة
   مع توسع الكون، تقل كثافة المادة بحيث لا تلتقي جسيمات المادة المظلمة (المادة غير المرئية للضوء) بجسيمات أخرى ويكون لها حركة مستقلة تختلف عن حركة المادة العادية. في هذه الحالة، تسمى جسيمات المادة المظلمة التي تتحرك بسرعات أقل بكثير من سرعة الضوء بالنسبة للمادة العادية بالمادة المظلمة الباردة. بسبب سرعتها المنخفضة، فإنها تفتقر إلى القدرة على تدمير الهياكل واسعة النطاق في الكون.
2. تشكيل البنية في الكون
   في بدايات الكون، يُعتقد أن النجوم والمجرات تشكلت نتيجة لنمو الجاذبية لتقلبات كثافة المادة المظلمة، كما أن تراكم الهيدروجين والهيليوم كان ناتجًا عن كتل من المادة المظلمة. لا يزال توزيع المادة المظلمة على نطاقات أصغر من المجرات الضخمة غير معروف.
3. كوازار
   الكوازار هو المنطقة المركزية المدمجة في المجرة التي ينبعث منها ضوء ساطع للغاية. تحتوي المنطقة المدمجة والمناطق المحيطة بها على كمية كبيرة من الغبار الذي ينبعث منها موجات الراديو.
4. ام جي J0414+0534
   يقع MG J0414+0534 في اتجاه كوكبة الثور كما يُرى من الأرض. الانزياح الأحمر لهذا الجسم (الزيادة في الطول الموجي للضوء مقسومًا على الطول الموجي الأصلي) هو z=2.639. ونظرًا لعدم اليقين في المعلمات الكونية، يُفترض أن المسافة المقابلة هي 11 مليار سنة ضوئية.

المرجع: كايكي تارو إينوي، وتاكيو مينيساكي، وساتوكي ماتسوشيتا، وكويشيرو ناكانيشي، 7 سبتمبر 2023، “قياس ألما لأطياف قوة العدسة 10 كيلو فرسخ فلكي لعدسة كوازار MG J0414+0534″، مجلة الفيزياء الفلكية.
دوى: 10.3847/1538-4357/aceb5f

تم دعم هذا العمل من خلال منحة المعونة للبحث العلمي من أجل تقدم العلوم في اليابان (رقم 17H02868، 19K03937)، والمختبر الفلكي الوطني التابع لبرنامج البحث العلمي المشترك ALMA الياباني 2018-07A، وهو نفس صندوق أبحاث ALMA JAPAN NAOJ-ALMA-256، وتايوان MoST 103- 2112-M-001-032-MY3، 106-2112-M-001-011، 107-2119-M-001-020، 107-2119-M-020.