كانت المادة المظلمة شيئًا من الغموض منذ اقتراحها لأول مرة. بالإضافة إلى محاولة العثور على بعض الأدلة المباشرة على وجودها ، قضى العلماء أيضًا العقود القليلة الماضية في تطوير نماذج نظرية لشرح كيفية عملها. في السنوات الأخيرة ، كان المفهوم الشائع هو أن المادة المظلمة "باردة" ، وموزعة في مجموعات في جميع أنحاء الكون ، وهي ملاحظة تدعمها بيانات مهمة بلانك.
ومع ذلك ، فإن دراسة جديدة أعدها فريق دولي من الباحثين ترسم صورة مختلفة. باستخدام بيانات من مسح درجة الكيلو (KiDS) ، درس هؤلاء الباحثون كيف تأثر الضوء القادم من ملايين المجرات البعيدة بتأثير الجاذبية للمادة على أكبر المقاييس. ما وجدوه هو أن المادة المظلمة تبدو موزعة بسلاسة في جميع أنحاء الفضاء أكثر مما كان يعتقد في السابق.
على مدى السنوات الخمس الماضية ، كان مسح KiDS يستخدم تلسكوب المسح VLT (VST) - أكبر تلسكوب في مرصد ESO's La Silla Paranal في تشيلي - لمسح 1500 درجة مربعة من سماء الليل الجنوبية. تم رصد هذا الحجم من الفضاء في أربعة نطاقات (الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء والأخضر والأحمر) باستخدام ضعف عدسة الجاذبية وقياسات الانزياح الأحمر الضوئية.
بما يتوافق مع نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، فإن العدسة التثاقلية تتضمن دراسة كيفية ثني مجال الجاذبية لكائن ضخم للضوء. في هذه الأثناء ، يحاول الانزياح الأحمر قياس السرعة التي تتحرك بها المجرات الأخرى بعيدًا عن مجرتنا من خلال قياس مدى تحول ضوءها نحو الطرف الأحمر من الطيف (أي أن طول الموجة يصبح أطول كلما كان المصدر يتحرك بعيدًا).
العدسة الجاذبية مفيدة بشكل خاص عندما يتعلق الأمر بتحديد كيف أصبح الكون. يوضح نموذجنا الكوني الحالي ، المعروف باسم نموذج لامدا الباردة للمادة المظلمة الباردة (لامدا سي دي إم) ، أن الطاقة المظلمة مسؤولة عن التسارع المتأخر في توسع الكون ، وأن المادة المظلمة تتكون من جزيئات ضخمة مسؤولة لتكوين بنية كونية.
باستخدام اختلاف طفيف في هذه التقنية المعروفة باسم الكونية المحضة ، درس فريق البحث الضوء من المجرات البعيدة لتحديد كيفية تشوهها من خلال وجود أكبر الهياكل في الكون (مثل العناقيد الفائقة والخيوط). وكما قال د. هندريك هيلدبراندت - عالم الفلك من معهد أرجلاندر لعلم الفلك والمؤلف الرئيسي للصحيفة - لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
"عادة ما يفكر المرء في كتلة واحدة كبيرة مثل كتلة مجرة تسبب هذا الانحراف الضوئي. ولكن هناك أيضًا مادة في جميع أنحاء الكون. ينحرف الضوء من المجرات البعيدة باستمرار عن طريق ما يسمى بالبنية واسعة النطاق. وينتج عن المجرات القريبة من السماء "توجيه" في نفس الاتجاه. إنه تأثير صغير ولكن يمكن قياسه بطرق إحصائية من عينات كبيرة من المجرات ، وعندما قمنا بقياس مدى "توجيه" المجرات بقوة في نفس الاتجاه ، يمكننا استنتاج ذلك من الخصائص الإحصائية للبنية واسعة النطاق ، على سبيل المثال متوسط كثافة المادة ومدى قوة المادة / التكتل. "
باستخدام هذه التقنية ، أجرى فريق البحث تحليلاً لـ 450 درجة مربعة من بيانات KiDS ، والتي تقابل حوالي 1 ٪ من السماء بأكملها. في هذا الحجم من الفضاء ، لاحظ المرء كيف يتفاعل الضوء القادم من حوالي 15 مليون مجرة مع كل المادة التي تقع بينهم وبين الأرض.
من خلال الجمع بين الصور الحادة للغاية التي حصلت عليها VST مع برامج الكمبيوتر المتقدمة ، تمكن الفريق من تنفيذ واحد من أدق القياسات التي تم إجراؤها على الإطلاق للقص الكوني. ومن المثير للاهتمام أن النتائج لم تكن متسقة مع تلك التي أنتجتها مهمة Planck التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ، والتي كانت أكثر مصممي الخرائط شمولية في العالم حتى الآن.
قدمت بعثة بلانك بعض المعلومات الدقيقة والمفصلة بشكل رائع عن الخلفية الكونية للميكروويف (CMB). وقد ساعد ذلك علماء الفلك على رسم خرائط الكون المبكر ، وكذلك تطوير نظريات كيفية توزيع المادة خلال هذه الفترة. كما أوضح هيلدبراندت:
يقيس Planck العديد من المعلمات الكونية بدقة رائعة من تقلبات درجة الحرارة في الخلفية الكونية الميكروية ، أي العمليات الفيزيائية التي حدثت بعد 400000 عام من الانفجار العظيم. اثنان من هذه المعلمات هما متوسط كثافة المادة في الكون ومقياس لمدى كثافة هذه المادة. من خلال القص الكوني ، نقيس أيضًا هذين المعاملين ولكن بعد ذلك بفترات زمنية كونية (قبل بضع مليارات من السنين أو حوالي 10 مليار سنة بعد الانفجار العظيم) ، أي في ماضينا الأحدث. "
ومع ذلك ، وجد هيلدبراندت وفريقه قيمًا لهذه المعلمات كانت أقل بكثير من تلك التي وجدها بلانك. بشكل أساسي ، تشير نتائج القص الكوني الخاصة بهم إلى وجود مادة أقل في الكون وأنها أقل تجمعًا مما توقعته نتائج بلانك. من المرجح أن يكون لهذه النتائج تأثير على الدراسات الكونية والفيزياء النظرية في السنوات القادمة.
كما هو ، تظل المادة المظلمة غير قابلة للكشف باستخدام الطرق القياسية. مثل الثقوب السوداء ، لا يمكن استنتاج وجودها إلا من تأثيرات الجاذبية التي يمكن ملاحظتها على المادة المرئية. في هذه الحالة ، يُقاس وجودها وطبيعتها الأساسية بكيفية تأثيرها على تطور الكون على مدى 13.8 مليار سنة. ولكن بما أن النتائج تبدو متضاربة ، فقد يضطر علماء الفلك الآن إلى إعادة النظر في بعض مفاهيمهم السابقة.
قال هيلدبراندت: "هناك العديد من الخيارات: لأننا لا نفهم المكونات السائدة للكون (المادة المظلمة والطاقة المظلمة) يمكننا اللعب بخصائص كلتيهما". "على سبيل المثال ، يمكن لأشكال مختلفة من الطاقة المظلمة (أكثر تعقيدًا من أبسط الاحتمال ، وهو" الثابت الكوني "لأينشتاين) أن تفسر قياساتنا. الاحتمال المثير الآخر هو أن هذه علامة على أن قوانين الجاذبية على مقياس الكون تختلف عن النسبية العامة. كل ما يمكننا قوله الآن هو أن شيئًا ما يبدو غير صحيح تمامًا! "
