الطائرات الراديوية المجرية والمادة المظلمة

المجرة النشطة ، هرقل أ ، تظهر نفاثات راديوية واسعة النطاق. الصورة عبر NRAO.

المجرة النشطة ، هرقل أ ، تظهر نفاثات راديوية واسعة النطاق. الصورة عبر NRAO.

استخدم علماء الفلك إشعاع الميكروويف الكوني - الشفق اللاحق للانفجار العظيم - لتحديد مواقع المادة المظلمة غير المرئية في كوننا. كما يحدث ، ترتبط مواقع المادة المظلمة بالأماكن التي تنتقل فيها دفعات من المواد من مراكز المجرات النشطة الضخمة بسرعة تقترب من سرعة الضوء. قاد روبرت أليسون من جامعة أكسفورد الدراسة ، التي قدمها هذا الأسبوع (6 يوليو 2015) في الاجتماع الوطني لعلم الفلك في ويلز.

تمثل المادة المظلمة الغامضة حوالي 26٪ من محتوى الطاقة في الكون. في النظريات الحديثة للكون ، تشكلت المجرات حول تركيزات المادة المظلمة عندما كان الكون فتيًا. المادة المظلمة غير مرئية ولا أحد يعرف ما هي بالضبط. لكن لها تأثير الجاذبية: كتلة من المادة المظلمة تسحب المادة العادية (مثل الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات) من خلال جاذبيتها. في النهاية ، يعتقد علماء الفلك اليوم ، أن هذا السحب بواسطة المادة المظلمة قد جمع المواد اللازمة لتكوين المجرات ونجومها.

بينما ينظر علماء الفلك إلى الخارج في الفضاء - وبالتالي إلى الوراء بالزمن - فإنهم يرون أن العديد من أكبر المجرات موجودةالمجرات النشطةمع ثقوب سوداء فائقة الكتلة نشطة في نواتها. في هذه الفترة المبكرة من الكون ، يتم إخراج الغاز المتساقط نحو الثقوب السوداء المركزية للمجرات على شكلالطائراتمن الجسيمات والإشعاع. غالبًا ما تمتد النفاثات لملايين السنين الضوئية من المجرة المضيفة - أكبر بكثير من المجرة نفسها. تتحرك المواد الموجودة في النفاثات إلى الخارج من نواة المجرة بسرعة تقترب من سرعة الضوء.

تتشكل المجرات حول المادة المظلمة ؛ لذلك ، فإن المجرات الأكثر ضخامة - تلك التي نعرّفها بالمجرات النشطة ، ذات الثقوب السوداء المركزية النشطة والنفاثات المصاحبة لها - من المتوقع أن توجد في مناطق من كوننا ذات تركيزات أعلى من المتوسط ​​من المادة المظلمة.

ولكن بما أن المادة المظلمة غير مرئية ، فإن اختبار هذه الفكرة ليس بالأمر السهل.

يمكن اكتشاف بعض المادة المظلمة من خلال عدسة الجاذبية ، أي التأثير على الضوء لحقول الجاذبية القوية ، كما هو موضح في نظرية النسبية العامة لأينشتاين. تتيح مراقبة كيفية تشويه المادة المظلمة للضوء لعلماء الفلك استنتاج موقعها وقياس كتلتها.



كما يحدث ، يمتلك الكون أيضًا ما وصفه روبرت أليسون وفريقه بأنه 'خريطة مرجعية مثالية' - الخلفية الكونية الميكروية (CMB) ، أو صدى شامل من الانفجار العظيم. إن CMB هو من بقايا تكوين الكون. انهلمحةالكون كما كان بعد 400000 سنة فقط من الانفجار العظيم. استغرق الضوء من هذه الحقبة أكثر من 13 مليار سنة حتى يصل إلينا.

من خلال تحليل التشوهات الدقيقة في CMB ، تمكن روبرت أليسون وسام ليندساي (أكسفورد) وبليك شيروين (جامعة كاليفورنيا في بيركلي) من تحديد مناطق كثيفة من المادة المظلمة.

عينة خريطة عدسة CMB (أعلى) وخريطة الكثافة الزائدة للراديو (أسفل)

عينة خريطة عدسة CMB (أعلى) وخريطة الكثافة الزائدة للراديو (أسفل)


ينتقل الضوء القادم من هذا الوقت المبكر جدًا عبر معظم الكون دون عوائق. ومع ذلك ، فإن المادة المظلمة المتكتلة تمارس شد جاذبي صغير على الضوء ، وتحرفه قليلاً عن مسار الخط المستقيم ، مثلما تفعل العدسة في زوج من النظارات.

كما هو مشتبه به ، تم العثور على المادة المظلمة حيث تكون النفاثات الراديوية القوية من المجرات النشطة أكثر شيوعًا - مما يكشف عن علاقة عميقة بين المجرات الأكثر ضخامة اليوم ووهج ما بعد الانفجار العظيم.

علق السيد أليسون:

بدون المادة المظلمة ، لم تكن المجرات الكبيرة لتتشكل ولن توجد ثقوب سوداء فائقة الكتلة. وبدون الثقوب السوداء ، لن نرى نفاثات بين المجرات. لذلك وجدنا توقيعًا آخر لكيفية تشكيل المادة المظلمة لكون اليوم.

يأمل هؤلاء العلماء الآن في استخدام أدوات جديدة لتحسين قياساتهم وفهم أكثر وضوحًا كيف تتغير الطائرات الراديوية والمجرات المضيفة على مدار تاريخ الكون. هم أن التلسكوبات مثلمتقدم ACTPolو الصفيف كيلومتر مربعسيوفر البيانات التكميلية لجعل هذا الأمل حقيقة واقعة.

خلاصة القول: استخدم علماء الفلك الشفق اللاحق للانفجار العظيم - الخلفية الكونية الميكروية (CMB) - لتحديد مواقع المادة المظلمة غير المرئية في كوننا. يمكن العثور على المادة المظلمة في الأماكن التي تمتد فيها النفاثات المجرية ، التي تتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء ، من مركز المجرات النشطة. هذا منطقي وفقًا للنظريات الحديثة للكون ، والتي تقول إن المجرات الأكثر ضخامة يجب أن تتشكل حول أعلى تركيز للمادة المظلمة.

عبر الجمعية الفلكية الملكية