تلسكوب فضاء أوروبي ينطلق لاكتشاف طبيعة الطاقة المظلمة - أكبر عنصر في الكون

عبدالله أسحاق

التحالف يجمعنا
طاقم الإدارة
مشرف
إنضم
17/9/22
المشاركات
6,739
التفاعلات
15,013
1687727462330.png

الطاقة المظلمة تسرع تمدد الفضاء و تشكل الشبكة الكونية للمجرات

الثابت الكوني هو شكل معين من أشكال الطاقة ، وطاقة الفراغ

فإن الكون ديناميكي ومتطور بمرور الوقت وشكل من أشكال الطاقة يعتمد على المكان. إنه مجال كمي به طاقة حركية وطاقة كامنة.اعتمادًا على نسبة الطاقتين والضغط اللذين تمارسهما ، يمكن للكون إما أن يجتذب أو يتنافر. لها معادلة حالة (تتعلق بضغطها p وكثافة ρ) من p = wρ ، حيث w تساوي معادلة حالة مكون الطاقة المسيطر على الكون. إذا خضع w لعملية انتقال إلى أقل من -1/3 ، فإن هذا الكون يبدأ في التوسع السريع. على النقيض من ذلك ، فإن الكون سيكون ثابت، مع كثافة طاقة ثابتة و w = −1.

عندما ينطلق التلسكوب الفضائي إقليدس من كيب كانافيرال في فلوريدا في أوائل الشهر المقبل ، فإنه سيشرع في جهد غير مسبوق لمسح مليار مجرة - وربما يحل أكبر لغز في علم الكونيات. سيغطي البحث أكثر من ثلث السماء وننظر إلى الوراء في الوقت المناسب إلى المجرات الساطعة عندما كان الكون ربع عمره الحالي البالغ 13.8 مليار سنة. على الرغم من أن المهمة هائلة ، إلا أن الهدف الأساسي لإقليدس بسيط بشكل مدهش. سيتم تجميع البيانات التي تجمعها في رقم واحد ، يُشار إليه بالرمز w. ويأمل علماء الكونيات ، وربما يائسًا بعض الشيء ، أن الأمر ليس –1.

يصف w تأثير الطاقة المظلمة ، القوة الغامضة المضادة للجاذبية التي تسرع من تمدد الكون. تشير جميع المقاييس حتى الآن إلى أن w قريب من -1. إذا ثبت أن هذا هو بالضبط ، فسوف يؤكد حل فانيلا للطاقة المظلمة: إنه تعديل بسيط - ثابت كوني - يضاف إلى نظرية الجاذبية لألبرت أينشتاين ، والتي تمنح الفضاء الفارغ نبعًا فطريًا خاصًا به. مع توسع الكون ، مما يؤدي إلى ولادة المزيد من الفضاء ، فإن المقدار الإجمالي للطاقة المظلمة ينمو أيضًا - بحيث تظل كثافة الطاقة ثابتة دائمًا.

هذا الحل هو لعنة بالنسبة لعلماء الكون لأنه مجرد عامل خداع لا يفسر من أين تأتي الطاقة المظلمة ولماذا لها هذه القيمة. يقول عالم الفيزياء الفلكية أوفر لاهاف من جامعة كوليدج لندن: "إذا كانت w تساوي -1 ، فإننا ما زلنا لا نعرف ما هي". إن الانحراف الطفيف عن -1 ، أو حتى قيمة w التي تتغير بمرور الوقت ، يمكن أن يوجه علماء الكونيات نحو نظرية جديدة شاملة تستلزم فهمًا جديدًا للفيزياء. يقول مارك هالبيرن ، عالم الكونيات بجامعة كولومبيا البريطانية: "الأمل هو العثور على تجعد".

إن مهمة إقليدس التي تبلغ تكلفتها 1.4 مليار يورو ، التي طورتها وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ، لا تعالج هذه المشكلة وحدها. سبقته العديد من الدراسات الأصغر وإقليدس هو الأول من عدة مشاريع طاقة مظلمة بمليارات الدولارات ستظهر قريبًا ، بما في ذلك مرصد فيرا سي روبن ، وهو تلسكوب مسح ممول من الولايات المتحدة في تشيلي سيفتح عينه في عام 2025 ، ونانسي ناسا. تلسكوب جريس الروماني الفضائي ، الذي سيتم إطلاقه في عام 2026. "ينفق المجتمع بأكمله مليارات الدولارات لمعرفة ما إذا كان w هو -1. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فستكون هناك جائزة نوبل أخرى.

على أقل تقدير ، يأمل الباحثون أن تضييق التلسكوبات قائمة متزايدة من البدائل للثابت الكوني ، بما في ذلك مراجعات نظرية أينشتاين للجاذبية والنظريات التي تستدعي قوة فيزيائية جديدة يمكن أن تأتي في نكهات مختلفة وتتغير بمرور الوقت. تقول عالمة الكونيات سيليا إسكاميلا ريفيرا من جامعة المكسيك الوطنية المستقلة: "هناك نظريات جديدة كل أسبوع". "لكن هذا النوع من النماذج يحتاج إلى بيانات." بالنسبة لجيسون رودس ، عالم الفيزياء الفلكية في مختبر الدفع النفاث (JPL) التابع لناسا ، إنه وقت مثير أن تكون عالمًا في الكون. "قد نكون على شفا اكتشاف فيزياء جديدة."

قبل 25 عامًا ، صدم فريق من علماء الفلك العالم بتقرير مفاده أن توسع الكون الذي بدأه الانفجار العظيم لم يتباطأ بسبب الجاذبية ، كما توقع الجميع. بدلاً من ذلك ، كانت تتسارع إلى حد ما. اعتمد الباحثون على قياسات 50 سوبر نوفا من نوع معين ، والمعروفة باسم النوع Ia: النجوم القزمة البيضاء التي تنفجر بسطوع يمكن التنبؤ به بطبيعتها. وجد الفريق أن الأبعد منها كانت أكثر قتامة - وبالتالي أبعد - مما كان ينبغي أن تكون عليه إذا كان التوسع الكوني ثابتًا أو بطيئًا. يتذكر لاهاف: "كان المجتمع مرتبكًا تمامًا".

يبدو أن ما أصبح يسمى الطاقة المظلمة يعمل. منذ ذلك الحين ، استمرت الأدلة على ذلك في التراكم ، من مئات المستعرات الأعظمية الأخرى ، ملاحظات حول كيفية تجمع المجرات بمرور الوقت ، وأنماط في الوهج اللاحق للانفجار العظيم ، الخلفية الكونية الميكروية (CMB). ظهر نموذج إجماعي يسمى lambda-CDM يتكون من ثلاثة مكونات للكون: 5٪ مادة طبيعية ، معظمها ذرات. 27٪ مادة مظلمة باردة (CDM) تتكون من بعض الجسيمات التي لم يتم اكتشافها بعد ؛ و 68٪ من الطاقة المظلمة من مصدر غامض.

يمثل الحرف اليوناني لامدا في الوصفة الكونية أحد التفسيرات المحتملة ، وهو الثابت الكوني ، الذي اقترحه أينشتاين بنفسه في عام 1917. كان يحاول إصلاح مشكلة في نظريته في الجاذبية ، النسبية العامة. في ذلك الوقت ، اعتقد علماء الفلك أن الكون كان ساكنًا ، لذا بدون وجود شيء يعارضه ، فإن الجاذبية ستدفع الكون نحو الانهيار. أدت إضافة كمية ثابتة من الطاقة إلى الفضاء الفارغ إلى القيام بالمهمة ، لكن أينشتاين لم يكن أبدًا مرتاحًا للفكرة. لقد أسقطها بعد أكثر من عقد بقليل عندما أظهر إدوين هابل وآخرون أن المجرات البعيدة كانت في الواقع تتناثر في أعقاب الانفجار العظيم.
الآن ، تتمتع لامدا بحياة ثانية ، لكنها تظل عاملاً خادعًا بدون أي تفسير مادي ، وأحد الأسس الممكنة لذلك لا تصمد. وفقًا لميكانيكا الكم ، نظرية العالم الذري ، يجب أن يكون الفراغ مليئًا بالطاقة من التقلبات التي تتسبب في ظهور أزواج الجسيمات والجسيمات المضادة باستمرار في الوجود والخروج من الوجود. لكن الطاقة المتوقعة في هذا الفوران الكمومي كبيرة جدًا: 10120 (أي 1 متبوعًا بـ 120 صفرًا) ضعف قيمة لامدا التي لاحظها علماء الفلك. يقول Ue-Li Pen ، عالم الفيزياء الفلكية النظرية في معهد Perimeter: "إنه غير متوافق مع وجودنا". "الكون سينفجر."

1687727790880.png


يصف علماء الكونيات الفضاء بأنه سائل مثالي ويتم تعريف w على أنه نسبة ضغط السائل إلى كثافة طاقته. تشير القيمة السالبة إلى ضغط خارجي ، وتشير القيمة بالضبط -1 إلى أن الضغط هو سمة ثابتة وغير متغيرة للكون. قد يشير الانحراف من -1 إلى كثافة الطاقة المظلمة التي تنمو أو تنخفض بمرور الوقت - والكون الذي يمكن أن ينتهي بالتسارع بشكل أسرع ، أو يبدأ في النهاية في الانكماش. ولكن جميع التقديرات حتى الآن - من CMB والأيام الأولى للكون ، ومن آخر بضعة مليارات من السنين - تشير إلى أن w قريب بدرجة كافية من –1 حتى يظل ضمن أشرطة الخطأ.

للحصول على قراءة أكثر دقة ، يريد علماء الفلك ملء الجزء الأوسط من التاريخ الكوني ، ولا سيما الفترة التي كانت قبل أكثر من 7 مليارات سنة عندما كان الكون أصغر وكانت الجاذبية لا تزال مهيمنة على الطاقة المظلمة. إنهم يريدون مراقبة الانتقال من التباطؤ إلى التسارع ، لكن لم تكن لديهم الأدوات للنظر إلى الوراء إلى هذا الحد. يحد الغلاف الجوي للأرض من قدرة التلسكوبات الأرضية على إجراء قياسات دقيقة بما يكفي بعد حوالي 3 مليارات سنة في الماضي. يقول رينيه لوريج ، عالم مشروع إقليدس ، من وكالة الفضاء الأوروبية: "علينا أن نحقق هذا الأمر بالشكل الصحيح ، ولا يمكنك القيام به إلا من الفضاء".

في عام 2007 ، تلقت وكالة الفضاء الأوروبية مقترحات لمهمتين ، باستخدام تقنيات مختلفة ، ستنقل البحث عن الطاقة المظلمة إلى الفضاء لأول مرة. سيعتمد أحد المقترحات ، المسمى مستكشف الكون المظلم ، على تقنية تسمى العدسة التثاقلي الضعيف: تشوهات صغيرة في أشكال المجرات البعيدة التي تنتج عن ثني جاذبية المادة المتداخلة لضوءها. على عكس عدسة الجاذبية القوية ، حيث يرى المرء أقواسًا ملطخة أو نسخًا من الأجرام السماوية ، فإن هذه التشوهات غير محسوسة للعين ؛ يمكن قياس ضعف العدسة فقط من خلال المقارنة الإحصائية لعينات كبيرة من صور المجرات.

تعطي هذه القياسات علماء الفلك مقابلاً لتكتل المادة بين المجرات المصورة والأرض. ومن خلال إجراء تلك القياسات للمجرات على مسافات مختلفة ، يمكنهم رؤية كيف تطور القتال بين الجاذبية والطاقة المظلمة بمرور الوقت.

الاقتراح الثاني ، المسمى Spectroscopic All-Sky Cosmic Explorer (SPACE) ، سوف يستغل ما يسمى اهتزازات الباريون الصوتية (BAOs). نشأت هذه بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم عندما كان الكون عبارة عن حساء من الغازات والفوتونات. وأصدرت كتل أكثر كثافة من المادة موجات ضغط خلال الحساء ، مركزة المادة في تموجات حول كل كتلة. يمكن الكشف عن هذه التموجات إحصائيًا في إشعاع الخلفية الكونية الميكروي ، ويمكن اعتبار بصماتها اليوم ذروة توزيع المجرات المنفصلة عند 490 مليون سنة ضوئية.

من خلال رسم خرائط لملايين المجرات وحساب حجم هذا المقياس القياسي في أوقات مختلفة ، يمكن لعلماء الفلك رسم معدل التوسع ورؤية تأثير الطاقة المظلمة. يقول أندريا سيماتي من جامعة بولونيا ، الذي قاد اقتراح الفضاء ، إن توزيع المجرات "هو مختبر كوني". "ولكن لتحقيق الدقة المطلوبة يتطلب مجموعة كبيرة جدًا من البيانات ، حجمًا كبيرًا جدًا من الكون."

من خلال بعثتين مقنعتين في علم الكونيات للاختيار من بينهما ، اقترحت وكالة الفضاء الأوروبية دمجهما في مركبة فضائية واحدة ، وفي عام 2011 ، تمت الموافقة على إقليدس. لكنه لم يكن زواجًا سهلاً. يقول جون بيكوك من جامعة إدنبرة ، أحد الآباء المؤسسين لبعثة إقليدس: "كان الأمر معقدًا". "كانت هناك كومة من المقايضات التجريبية."
على سبيل المثال ، كانت هناك طلبات متنافسة على الضوء من مرآة Euclid الرئيسية التي يبلغ ارتفاعها 1.2 مترًا. يتطلب مسح العدسة الضعيف الضوء المرئي لعمل صور حادة ، في حين يعتمد مسح BAO على ضوء الأشعة تحت الحمراء لرسم خرائط أكثر للمجرات البعيدة ، التي ينزاح ضوءها إلى الأحمر عن طريق توسع الكون. كلف مديرو إقليدس صانع البصريات زايس بصب قطعة زجاجية معقدة ذات طبقات تسمح بمرور الأشعة تحت الحمراء عبر مجموعة واحدة من الأدوات بينما تعكس الضوء المرئي على طول مسار مختلف لمجموعة أخرى من الأدوات.

اختار المهندسون أيضًا بناء مرايا إقليدس ومكونات أخرى من كربيد السيليكون ، وهي مادة تستخدم في مكابح السيارات والسترات الواقية من الرصاص ، لأن تقلبات درجات الحرارة لا تغير شكلها - وهو أمر بالغ الأهمية إذا تم التقاط صور عدسات ضعيفة بشكل مثالي على مدى 6 سنوات استطلاع. لكن يصعب التعامل مع كربيد السيليكون: يجب تشكيل المكونات من مسحوق وتحميصها في السيراميك. يقول جوزيبي راكا ، مدير مشروع إقليدس في وكالة الفضاء الأوروبية ، إن اللوح الأساسي الذي يحمل كاشفات التلسكوب كان صعبًا بشكل خاص. استمر الفنيون في العثور على شقوق صغيرة ، واستغرق صب شقوق خالية من العيوب عامين أطول مما كان مخططًا له. تقول راتشا: "كان لدينا إخفاقان أو ثلاثة إخفاقات".

1687727948841.png


كان على فريق مسح BAO تقديم بعض التنازلات. لقياس المسافات الدقيقة للمجرات ، يحتاج الباحثون إلى انزياح أحمر دقيق لا يمكن استخلاصه إلا من الأطياف. أراد الفريق استخدام مجموعة من الآلاف من المرايا الصغيرة القابلة للتحويل لتحويل الضوء من المجرات الفردية إلى مخطط طيفي مقسم للضوء ، وجمع الأطياف من العديد من المجرات في وقت واحد. لكن وكالة الفضاء الأوروبية اعتبرت أن الجهاز محفوف بالمخاطر للغاية لأنه لم يتم اختباره في المدار مطلقًا. بدلاً من ذلك ، يعتمد المسح على منشور مقضب ، أو grism ، لنشر الضوء من كل مصدر في مجال الرؤية وتسجيل جميع الأطياف في وقت واحد باستخدام الكاميرا. يقول بيكوك: "الأمر بسيط ووحشي". لكن هذا النهج يتطلب معالجة معقدة للصور لفك تشابك الأطياف المتداخلة وإزالة الأطياف من الأشياء غير المرغوب فيها ، مثل النجوم الأمامية.

كما أثبتت أجهزة الكشف الخاصة بكاميرا الأشعة تحت الحمراء أنها تسبب الصداع. أراد مصممو Euclid استخدام أجهزة الكشف التي تنتجها Teledyne Technologies ، في كاليفورنيا ، ولكن نظرًا لأن لديهم تطبيقات عسكرية ، فهم يخضعون لضوابط التصدير الأمريكية. لعبت ناسا دور الوسيط ، واكتسبت المستشعرات وأجرت الاختبار والتعبئة في مختبر الدفع النفاث مقابل أكثر من 100 مقعد للباحثين الأمريكيين في Euclid Consortium ، وهي هيئة مكونة من 2000 فرد قامت ببناء الأدوات وستقوم بمعالجة البيانات. لكن البيروقراطية الإضافية كانت مرهقة. يقول رودس: "حتى أثناء التحدث إلى زملائي الأوروبيين ، كنت بحاجة إلى إنهاء المحادثة".

بحلول عام 2022 ، كانت المركبة الفضائية قد اكتملت تقريبًا. ثم غزت روسيا أوكرانيا وأدت العقوبات الغربية إلى إفشال عملية إطلاق إقليدس المقرر لصاروخ سويوز الروسي. صُممت المركبة الفضائية لتحمل ضغوط إطلاق صاروخها المختار ، لذا فإن التبديل ليس بالأمر السهل. ولكن بحلول أواخر العام الماضي ، وجدت وكالة الفضاء الأوروبية بديلاً مناسبًا في Falcon 9 من SpaceX ، كما يقول بوفنيش جين ، عالم الكونيات بجامعة بنسلفانيا: "لقد كانت فترة من القلق وعدم اليقين".

يجلس إقليدس الآن في غرفة نظيفة في فلوريدا ، جاهزًا لإطلاقه في أوائل يوليو ورحلة مدتها شهر إلى L2 ، نقطة توازن الجاذبية على بعد 1.5 مليون كيلومتر من الأرض حيث يوجد أيضًا تلسكوب الفضاء JWST التابع لناسا. سينضم المنافسون لإقليدس في الولايات المتحدة ، التلسكوب الروماني ومرصد روبن ، إلى البحث عن الطاقة المظلمة لاحقًا. ستنظر المشاريع الثلاثة في أجزاء مختلفة من السماء ، بأطوال موجية مختلفة ، ومع مجموعات متداخلة من التقنيات الأساسية الثلاثة (العدسة الضعيفة ، BAO ، المستعرات الأعظمية). رومان ، مع مرآة أكبر من إقليدس ، سوف يتعمق أكثر في الماضي ولكن على مساحة سماء أصغر. لن يرى روبن الأرضي بعيدًا عن الاثنين الآخرين ، لكن المسح الضوئي والأشعة تحت الحمراء سيكون الأوسع.

يقول رودس إن كل فريق يريد أن يكون أول من يحل لغز الطاقة المظلمة ، لكن من المحتمل أن يحتاجوا إلى أدلة داعمة من بعضهم البعض لإقناع المجتمع بأن أي اكتشاف حقيقي. "بعد مرور عشر سنوات ، ستضع التحليلات المشتركة للبيانات من الثلاثة - التحليل على مستوى البكسل بطرق ذكية - أكثر القيود إلحاحًا على الطاقة المظلمة."

لدى المنظرين سبب للأمل في أن تتحدى البيانات الصورة الحالية بسرعة ، مشيرين إلى أن الملاحظات الحالية تقدم دليلين على أن كل شيء ليس على ما يرام مع lambda-CDM. الأول هو التناقض في قياسات ثابت هابل ، H0 ، الذي يصف مدى سرعة تمدد الكون. تسمح دراسات CMB للباحثين بحساب أن مجرة 1 ميغا فرسك (3.26 مليون سنة ضوئية) من الأرض يجب أن تنحسر بسرعة 68 كيلومترًا في الثانية (كيلومتر / ثانية) ، بافتراض مزيج معين من المادة والمادة المظلمة والطاقة المظلمة المنصوص عليها من قبل lambda-CDM. ولكن عندما يقيس علماء الفلك سرعة الركود الفعلية للمجرات القريبة ، باستخدام مسافات المستعرات الأعظمية من النوع Ia وتقنيات أخرى ، فإنهم يقيسون سرعة تبلغ 73 كم / ثانية. افترض الباحثون في البداية أنه كان خطأ تجريبيًا بسيطًا - وهذه أشياء يصعب قياسها - ولكن مع تنقيح الأساليب وإضافة تقنيات جديدة ، تقلصت أشرطة الخطأ ، لكن ما يسمى بتوتر هابل ظل قائماً.

الشد الثاني هو فوق معامل مستقل يسمى S8 ، والذي يصف تكتل المادة في الشبكة الكونية للمجرات. مرة أخرى ، نظرًا لوصفة lambda-CDM ، تتنبأ مقاييس التكتل في CMB بقيمة S8 التي يجب أن نراها اليوم. لكن يبدو أن الكون القريب أقل تكتلًا بنسبة 10٪ من التوقع. "يجب أن تكون قادرًا على رسم خط بين الاثنين ولكن يقول رودس: عندما ترسم الخط ، فإنه لا يتطابق. الفجوة هي ثغرة أخرى في درع lambda-CDM.

لحل توتر هابل ، ابتكر المنظرون مجموعة من النماذج ، تُعرف مجتمعة باسم "الطاقة المظلمة المبكرة". يقترحون أن شكلاً من أشكال الطاقة المظلمة أعطى الكون دفعة مبكرة قبل إنشاء CMB. سيؤدي هذا إلى رفع قيمة H0 المشتقة من بيانات CMB. تعتبر إسكاميلا ريفيرا أنها "مرشح جيد جدًا". وقد أشارت الملاحظات الأخيرة للطريقة التي يتم بها استقطاب الضوء القديم للإشعاع CMB - الميل إلى الاهتزاز في اتجاهات معينة - إلى طفرة النمو المبكرة. لكنها لن تحل التوتر S8 ، والأدلة ليست قوية بما يكفي لإقناع جاين. يقول: "ظهرت الطاقة المظلمة ، واختفت ، وعادت إلى الظهور مرة أخرى - لا يبدو ذلك جميلًا".

تتطلب الطاقة المظلمة المبكرة ، مثل العديد من البدائل الأخرى للثابت الكوني ، قوة جديدة تمامًا. يصف بعض المنظرين القوة بأنها مجال أو سائل يسود الكون كله ويعطونه اسم جوهر. مفتاح الجوهر هو أنه يتغير في القيمة من خلال التاريخ الكوني ويمكن أن يكون جذابًا أو مثيرًا للاشمئزاز. ربما تكون قد تحولت من الجاذبية إلى التنافر منذ حوالي 10 مليارات سنة ، دافعةً التوسع الكوني تدريجيًا نحو التسارع. يمكن أن يكون متقلبًا مرة أخرى: قد يتسبب في نمو التوسع بمعدل أسرع من المعدل الأسي ، مما يؤدي إلى تمزيق الكون في "تمزق كبير" ، أو الانقلاب إلى قوة جذابة تسحب الكون إلى أزمة كبيرة.

يمكن للبيانات من إقليدس وغيرها من تحقيقات الطاقة المظلمة أن تعزز هذه الصورة. إذا تمكنوا من اكتشاف انحراف ضئيل في w الابتعاد عن -1 - دليل على أن الطاقة المظلمة ليست ثابتة في الوقت المناسب - فسيكون ذلك مسمارًا في نعش الثابت الكوني. "الهدف الرئيسي الذي نريد جميعًا معرفته هو: هل تتطور الطاقة المظلمة؟" يقول الطاووس.

الاحتمال الآخر هو أن نظرية الجاذبية تحتاج إلى تجديد. تحل النسبية العامة الألغاز القريبة والبعيدة ، من مدار عطارد إلى عدسات الجاذبية بواسطة مجموعات المجرات ، ولكن لم يتم اختبارها أبدًا عبر مسافات كونية حقيقية ، حيث يعتقد البعض أنها قد تنهار. بالإضافة إلى قياس مقياس BAO ، يمكن للمسح الطيفي الذي أجراه إقليدس أن يؤرخ كيف سحبت الجاذبية مجموعات من المجرات إلى صفائح وخيوط بمرور الوقت ، مكونة الشبكة الكونية. إذا انحرف نمو هذه الهياكل عن تنبؤات النسبية العامة ، فقد يشير ذلك إلى أن نظرية أينشتاين نفسها تحتاج إلى مراجعة ، مما يلغي الحاجة إلى الطاقة المظلمة. يقول بيكوك: "إذا كانت نظرية أينشتاين غير صحيحة ، فهناك صناعة ضخمة للنظريات البديلة".

بعد وصوله إلى L2 وبضعة أشهر من المعايرة ، سيبدأ إقليدس مسحه ، حيث سيغطي 36٪ من السماء مع تجنب المناطق المزدحمة بالنجوم والغازات في مجرة درب التبانة والنظر إلى الوراء 10 مليارات سنة. في غضون يومين فقط ، ستقوم بمسح أكبر قدر من السماء مثل تلسكوب هابل الفضائي منذ أكثر من 3 عقود. سيسجل ما يقدر بنحو 10 مليارات مجرة ونجوم وكائنات في النظام الشمسي ، ويحدد أهدافًا جديدة لـ JWST والتلسكوبات الأرضية الكبيرة لفحصها. يقول عالم الفيزياء الفلكية يانيك ميليير من معهد الفيزياء الفلكية في باريس ورئيس اتحاد إقليدس: "إنه منجم ذهب رائع لأي نوع من العلوم".

من هذا الفيضان ، سيحلل اتحاد إقليدس صورًا لمليار مجرة من أجل عدسات ضعيفة وأطياف من عشرات الملايين من المجرات لتحديد مواقعهم في مسح باو. الهدف هو حساب قيمة w بدقة أفضل من 1٪ ، وهو ترتيب من حيث الحجم أفضل من التقديرات الحالية.
بتواضع لأنهم لم يكتشفوا ما الذي يشكل أكثر من ثلثي الكون ، فإن علماء الكونيات الآن بشكل جماعي يحبسون أنفاسهم. "ما زلنا لا نعرف الكثير. يقول عالم الكونيات جو دانكلي من جامعة برينستون: "لا يوجد دليل على أنه ليس ثابتًا كونيًا". "في غضون 5 سنوات ، آمل أن يكون لدينا دليل قاطع على أن lambda-CDM معطل بطريقة ما." مع الحظ ، قد يكون لديها أيضًا لمحة عما قد يحل محله.
 
أكبر 11 سؤالا بدون إجابة حول المادة المظلمة



ألغاز المادة المظلمة
1687974758582.png

(رصيد الصورة: Shutterstock)

في ثلاثينيات القرن الماضي ، لاحظ عالم فلك سويسري يُدعى فريتز زويكي أن المجرات الموجودة في عنقود بعيد كانت تدور حول بعضها البعض بشكل أسرع بكثير مما كان ينبغي أن تُعطى له الكتلة المرئية التي تمتلكها. لقد اقترح أن مادة غير مرئية ، والتي أطلق عليها اسم المادة المظلمة ، قد تحفز الجاذبية على هذه المجرات.

منذ ذلك الحين ، أكد الباحثون أن هذه المادة الغامضة يمكن العثور عليها في جميع أنحاء الكون ، وأنها أكثر وفرة بست مرات من المادة العادية التي تتكون منها الأشياء العادية مثل النجوم والأشخاص. ومع ذلك ، على الرغم من رؤية المادة المظلمة في جميع أنحاء الكون ، لا يزال العلماء في الغالب يحاولون معرفة ماهيتها . فيما يلي أكبر 11 سؤالًا بدون إجابة حول المادة المظلمة.

ما هي المادة المظلمة؟

1687974848380.png

(رصيد الصورة: Shutterstock)

أولاً ، وربما الأكثر إثارة للحيرة ، يظل الباحثون غير متأكدين بشأن ماهية المادة المظلمة بالضبط. في الأصل ، توقع بعض العلماء أن الكتلة المفقودة في الكون تتكون من نجوم صغيرة باهتة وثقوب سوداء ، على الرغم من أن الملاحظات التفصيلية لم تكشف عن مثل هذه الأجسام بما يكفي لتفسير تأثير المادة المظلمة ، كما فعل الفيزيائي دون لينكولن من وزارة الخارجية الأمريكية. إن المنافس الرئيسي الحالي لغطاء المادة المظلمة هو جسيم افتراضي يسمى الجسيم الضخم المتفاعل الضعيف ، أو WIMP ، والذي يتصرف نوعًا ما مثل النيوترون باستثناء أنه سيكون أثقل ما بين 10 و 100 مرة من البروتون ، كما كتب لينكولن. ومع ذلك ، فإن هذا التخمين أدى فقط إلى المزيد من الأسئلة - على سبيل المثال ...

هل يمكننا الكشف عن المادة المظلمة؟
1687975106784.png


إذا كانت المادة المظلمة مصنوعة من WIMPs ، فيجب أن تكون في كل مكان حولنا وغير مرئية وبالكاد يمكن اكتشافها. فلماذا لم نعثر على أي منها بعد؟ على الرغم من أنها لن تتفاعل مع المادة العادية كثيرًا ، إلا أن هناك دائمًا فرصة ضئيلة لأن يصطدم جسيم المادة المظلمة بجسيم عادي مثل البروتون أو الإلكترون أثناء انتقاله عبر الفضاء. لذلك ، قام الباحثون ببناء تجربة بعد تجربة لدراسة أعداد هائلة من الجسيمات العادية في أعماق الأرض ، حيث يتم حمايتها من الإشعاع المتداخل الذي يمكن أن يحاكي تصادم المادة المظلمة والجسيمات. المشكلة؟ بعد عقود من البحث ، لم يكتشف أي من هذه الكواشف اكتشافًا موثوقًا به. في وقت سابق من هذا العام ، أبلغت تجربة PandaX الصينية عن أحدث عدم للكشف عن WIMP. قال الفيزيائي هاي بو يو من جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد في ذلك الوقت ، إنه من المحتمل أن تكون جسيمات المادة المظلمة أصغر بكثير من WIMPs ، أو تفتقر إلى الخصائص التي تجعلها سهلة الدراسة.

هل تتكون المادة المظلمة من أكثر من جسيم؟
1687975226515.png

تتكون المادة العادية من جسيمات يومية مثل البروتونات والإلكترونات ، بالإضافة إلى حديقة حيوانات كاملة من الجسيمات الأكثر غرابة مثل النيوترينوات والميونات والبيونات. لذلك ، تساءل بعض الباحثين عما إذا كانت المادة المظلمة ، التي تشكل 85٪ من المادة في الكون ، قد تكون أيضًا معقدة بنفس القدر. قال الفيزيائي أندري كاتز من جامعة هارفارد لموقع ProfoundSpace.org : "لا يوجد سبب وجيه لافتراض أن كل المادة المظلمة في الكون مبنية من نوع واحد من الجسيمات". قال كاتز إن البروتونات المظلمة يمكن أن تتحد مع الإلكترونات المظلمة لتكوين ذرات مظلمة ، مما ينتج عنه تكوينات متنوعة ومثيرة للاهتمام كتلك الموجودة في العالم المرئي. في حين تم تخيل مثل هذه المقترحات بشكل متزايد في مختبرات الفيزياء ، فإن اكتشاف طريقة لتأكيدها أو نفيها قد استعصى على العلماء حتى الآن.

هل قوى الظلام موجودة؟
1687975431302.png

إلى جانب الجسيمات الإضافية للمادة المظلمة ، هناك احتمال أن تتعرض المادة المظلمة لقوى مماثلة لتلك التي تشعر بها المادة العادية. قام بعض الباحثين بالبحث عن "الفوتونات المظلمة" ، والتي من شأنها أن تكون مثل الفوتونات المتبادلة بين الجسيمات العادية التي تؤدي إلى نشوء القوة الكهرومغناطيسية ، إلا أنها ستشعر بها جسيمات المادة المظلمة فقط. يستعد الفيزيائيون في إيطاليا لتحطيم شعاع من الإلكترونات وجسيماتها المضادة ، المعروفة باسم البوزيترونات ، في الماس. في حالة وجود الفوتونات المظلمة ، يمكن لأزواج الإلكترون والبوزيترون أن تبيد وتنتج أحد الجسيمات الغريبة الحاملة للقوة ، مما قد يؤدي إلى فتح قطاع جديد تمامًا من الكون.

هل يمكن أن تتكون المادة المظلمة من الأكسيونات؟
1687975570243.png

مع تزايد حب الفيزيائيين مع WIMPs ، بدأت جسيمات المادة المظلمة الأخرى في كسب التأييد. أحد البدائل الرئيسية هو جسيم افتراضي يُعرف باسم أكسيون ، والذي سيكون خفيفًا للغاية ، ربما أقل من 10 مرفوعة إلى القوة 31 أقل ضخامة من البروتون. يتم الآن البحث عن Axions في تجارب قليلة. أثارت عمليات المحاكاة الحاسوبية الحديثة احتمال أن تشكل هذه المحاور أجسامًا شبيهة بالنجوم ، والتي قد تنتج إشعاعات قابلة للاكتشاف تشبه إلى حد بعيد الظواهر الغامضة المعروفة باسم الاندفاعات الراديوية السريعة .

ما هي خواص المادة المظلمة؟
1687975700511.png

اكتشف علماء الفلك المادة المظلمة من خلال تفاعلات الجاذبية مع المادة العادية ، مما يشير إلى أن هذه هي الطريقة الرئيسية لإعلان وجودها في الكون. ولكن عند محاولة فهم الطبيعة الحقيقية للمادة المظلمة ، فإن الباحثين ليس لديهم سوى القليل مما يمكنهم فعله. وفقًا لبعض النظريات ، يجب أن تكون جسيمات المادة المظلمة جزيئاتها المضادة ، مما يعني أن جسيمين من المادة المظلمة سوف يهلكان مع بعضهما البعض عندما يلتقيان. كانت تجربة مطياف ألفا المغناطيسي (AMS) في محطة الفضاء الدولية تبحث عن علامات منبهة لهذا الفناء منذ عام 2011 وقد اكتشفت بالفعل مئات الآلاف من الأحداث. لا يزال العلماء غير متأكدين مما إذا كانت هذه تأتي من المادة المظلمة ، ولا يزال يتعين على الإشارة مساعدتهم في تحديد ماهية المادة المظلمة بالضبط.

هل المادة المظلمة موجودة في كل مجرة؟

1687975853003.png

غالبًا ما يقال إن المادة المظلمة هي القوة المسيطرة التي تنظم البنى الكبيرة مثل المجرات والعناقيد المجرية ، لأنها تفوق بشكل كبير المادة العادية. لذلك ، كان من الغريب أن أعلن علماء الفلك ، في وقت سابق من هذا العام ، أنهم عثروا على مجرة تسمى NGC 1052-DF2 يبدو أنها لا تحتوي على أي مادة مظلمة على الإطلاق. قال بيتر فان دوكوم من جامعة ييل لموقع ProfoundSpace.org في ذلك الوقت: "من الواضح أن المادة المظلمة ليست شرطًا لتشكيل مجرة". ومع ذلك ، خلال الصيف ، نشر فريق منفصل تحليلاً يشير إلى أن فريق فان دوكوم قد أخطأ في قياس المسافة إلى المجرة ، مما يعني أن المادة المرئية كانت أضعف بكثير وأخف من الاكتشافات الأولى وأن كتلتها كانت في المادة المظلمة أكثر مما كانت عليه. اقترح سابقا.

ما الأمر مع نتائج DAMA / LIBRA؟

1687975952059.png

تمثل النتائج المحيرة لتجربة أوروبية تُعرف باسم DAMA / LIBRA لغزًا قديمًا في فيزياء الجسيمات. هذا الكاشف - الموجود في منجم تحت الأرض أسفل جبل غران ساسو في إيطاليا - كان يبحث عن تذبذب دوري في جسيمات المادة المظلمة. يجب أن ينشأ هذا التذبذب عندما تتحرك الأرض في مدارها حول الشمس أثناء الطيران عبر التيار المجري للمادة المظلمة المحيطة بنظامنا الشمسي ، والتي تسمى أحيانًا رياح المادة المظلمة. منذ عام 1997 ، ادعت DAMA / LIBRA أنها ترى هذه الإشارة بالضبط ، على الرغم من عدم رؤية أي تجربة أخرى مثل هذا.

هل يمكن أن تحتوي المادة المظلمة على شحنة كهربائية؟
1687976044077.png

قادت إشارة من بداية الزمن بعض الفيزيائيين إلى اقتراح أن المادة المظلمة قد تحتوي على شحنة كهربائية. تم إصدار إشعاع بطول موجي يبلغ 21 سم من النجوم في بداية الكون ، بعد 180 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم. ثم تم امتصاصه بواسطة الهيدروجين البارد الذي كان موجودًا في نفس الوقت. عندما تم اكتشاف هذا الإشعاع في فبراير من هذا العام ، أشار توقيعه إلى أن الهيدروجين كان أبرد بكثير مما توقع العلماء. افترض عالم الفيزياء الفلكية جوليان مونيوز Julian Muñoz من جامعة هارفارد أن المادة المظلمة بشحنة كهربائية يمكن أن تسحب الحرارة بعيدًا عن الهيدروجين المنتشر ، نوعًا ما مثل مكعبات الثلج التي تطفو في عصير الليمون . لكن التخمين لم يتأكد بعد.

هل يمكن للجسيمات العادية أن تتحلل إلى مادة مظلمة؟
1687976263233.png

النيوترونات هي جسيمات مادة عادية ذات عمر محدود. بعد حوالي 14.5 دقيقة ، يتحلل نيوترون وحيد غير مرتبط بذرة إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو. لكن اثنين من الإعدادات التجريبية المختلفة تعطي عمرًا مختلفًا قليلاً لهذا الاضمحلال ، مع وجود تناقض بينهما حوالي 9 ثوانٍ ، وفقًا للتجارب المذكورة في دراسة في يوليو في مجلة Physical Review Letters. في وقت سابق من هذا العام ، اقترح علماء الفيزياء أنه إذا كانت بعض النيوترونات تتحلل إلى جسيمات مادة مظلمة بنسبة 1 في المائة من الوقت ، فيمكن أن يفسر هذا الشذوذ. راقب كريستوفر موريس من مختبر لوس ألاموس الوطني في نيو مكسيكو وفريقه النيوترونات بحثًا عن إشارة يمكن أن تكون مادة مظلمة ولكنها لم تكن قادرة على اكتشاف أي شيء. وأشاروا إلى أن سيناريوهات الاضمحلال الأخرى ربما لا تزال ممكنة ، وفقًا للدراسة.

هل المادة المظلمة موجودة بالفعل؟

نظرًا للصعوبات التي واجهها العلماء في محاولة اكتشاف وشرح المادة المظلمة ، قد يتساءل السائل العقلاني عما إذا كانوا يفعلون ذلك بشكل خاطئ. لسنوات عديدة ، دفعت أقلية صاخبة من علماء الفيزياء بفكرة أن نظرياتنا عن الجاذبية هي ببساطة غير صحيح ، وأن القوة الأساسية تعمل بشكل مختلف على نطاقات كبيرة مما نتوقع. غالبًا ما تُعرف هذه الاقتراحات باسم "الديناميكيات النيوتونية المعدلة" أو نماذج MOND ، وتفترض هذه الاقتراحات أنه لا توجد مادة مظلمة وأن السرعات فائقة السرعة التي تُرى فيها النجوم والمجرات تدور حول بعضها البعض هي نتيجة لتصرف الجاذبية بطرق مدهشة. كتب الفيزيائي دون لينكولن في شرح لـ Live Science: "لا تزال المادة المظلمة نموذجًا غير مؤكد". ومع ذلك ، فإن المنتقدين لم يقنعوا المجال الأكبر بأفكارهم بعد. وما هو أحدث دليل؟ كما يشير إلى أن المادة المظلمة حقيقية.
 
إطلاق تلسكوب إقليدس الفضائي هذا الأسبوع. إليك ما ستفعله المهمة الرائدة.

بسم الله الرحمن الرحيم (وَالسَّمَاءَ بَنَيْنَاهَا بِأَيْدٍ وَإِنَّا لَمُوسِعُونَ) { الذريات:47}
صدق الله العظيم




سيستخدم تلسكوب إقليدس الفضائي مجال رؤيته الواسع بشكل لا يصدق للبحث عن اثنين من أكثر مكونات الكون غموضًا: المادة المظلمة والطاقة المظلمة.
من المقرر أن يطلق التلسكوب الفضائي إقليدس التابع لوكالة الفضاء الأوروبية على متن صاروخ سبيس إكس فالكون 9 يوم السبت (1 يوليو). سينطلق التلسكوب الفضائي من كيب كانافيرال بولاية فلوريدا في الساعة 11:11 صباحًا بتوقيت شرق الولايات المتحدة (1511 بتوقيت جرينتش) ، وسوف يبحث عن أدلة حول اثنين من أعظم ألغاز الكون: المادة المظلمة والطاقة المظلمة.

1688234329229.png


على الرغم من أنهم يكونان ما يقدر بـ 95٪ من الكون ، لا يمكن اكتشاف المادة المظلمة والطاقة المظلمة مباشرة. بدلاً من ذلك ، يلاحظها العلماء في تأثيرات التواء الجاذبية التي شوهدت في العديد من المجرات عبر الكون. سيوسع مجال رؤية إقليدس الهائل بشكل كبير هذا البحث عن الزمكان المشوه.

إليك كل ما تحتاج لمعرفته حول إقليدس وبحثه عن أكثر مكونات الكون غموضًا.

ما هو اقليدس؟

سمي على اسم عالم الرياضيات اليوناني القديم الذي يعتبر "أبو الهندسة" ، إقليدس هو تلسكوب فضائي يبلغ ارتفاعه 14.7 قدمًا (4.5 مترًا) وقطره 10.2 قدمًا (3.1 مترًا). التلسكوب مُثبَّت بأداتين فقط: كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة التي تقيس المسافة وسطوع المجرات ، وكاميرا الضوء المرئي التي ستدرس أشكالها.

1688234573337.png

لمحة أخيرة عن إقليدس قبل أن يتم غلقه داخل هدية SpaceX Falcon 9 للإطلاق. (رصيد الصورة: وكالة الفضاء الأوروبية)

تعتبر كاميرات إقليدس ، المأخوذة من تلقاء نفسها ، شائعة بين التلسكوبات الفضائية. ما يجعل إقليدس رائدًا هو مجال رؤية هذه الأجهزة ، حيث يُتوقع تصنيف ثلث سماء الليل بأكملها وأكثر من مليار مجرة بحلول الوقت الذي ينتهي فيه التلسكوب من المسح المخطط لست سنوات. يجب أن يكون التلسكوب قادرًا على النظر إلى الماضي بما يصل إلى 10 مليارات سنة - أقل قليلاً من تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، الذي نظر إلى الوراء أكثر من 13 مليار سنة.

ماذا سيدرس إقليدس؟

بمجرد جمع بيانات إقليدس ، سيستخدمها العلماء لإنشاء خريطتين للكون. الأول سوف يوضح انتشار المادة المظلمة عبر كوننا من خلال عدسة الجاذبية ، حيث تقوم المادة بحني الضوء من مصدر بعيد عبر مسارات منحنية في الزمكان ، وبالتالي تكبيره.

والثاني سيستخدم ما يسمى بالتذبذبات الصوتية الباريونية ، وموجات صدمة المادة العملاقة التي نشأت عندما كان الكون ساخنًا ومتجمدًا الآن ، كحلقات شجرة كونية لدراسة النمو المتسارع للكون وسببه المشتبه به: الطاقة المظلمة.

ما هي المادة المظلمة؟

المادة المظلمة هي مادة غامضة ومتناقضة إلى حد ما. إنها تشكل 85٪ من مادة الكون. حتى الآن ، لأنها لا تتفاعل مباشرة مع الضوء ، فهى غير مرئية تمامًا.

إذن كيف نعرف أن المادة المظلمة موجودة؟ في حين أن المادة المظلمة نفسها غير مرئية ، فإن تفاعلات الجاذبية التي تجريها مع محيطها ليست كذلك - مما يجعل وجودها واضحًا في تشوهها الجاذبي الشديد للمجرات ، أو في كيفية تسريعها للنجوم إلى سرعات لا يمكن تفسيرها بخلاف ذلك أثناء دورانها حول مراكز المجرات.

1688234909151.png

مثال على عدسات الجاذبية ، حيث تقوم مجرة في المقدمة بتشويه ضوء الخلفية مثل العدسة العملاقة. (مصدر الصورة: ESA / Hubble & NASA، S.Jha شكر وتقدير: L.Shatz)

تكوين المادة المظلمة غير معروف. تشير بعض النظريات إلى أن الجسيمات الافتراضية التي تسمى الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs) ، والتي تزن كل منها 10 إلى 100 ضعف كتلة البروتون ، يمكن أن تكون مرشحة مثالية لملء الفجوات النظرية. اقترح آخرون أن جسيمًا صغيرًا أصغر من جزء من المليار من حجم الإلكترون - يسمى أكسيون - يمكن أن يكون المرشح الأساسي للمادة.

ما هي الطاقة المظلمة؟

بصرف النظر عن اسم مشابه ، فإن الطاقة المظلمة لا علاقة لها بالمادة المظلمة. الطاقة المظلمة هي الاسم الذي يطلق على الظاهرة الغامضة المتمثلة في التوسع السريع والمتسارع للكون - وهو أمر لا ينبغي أن يحدث نظرًا لكمية مادة الكون والقوة اللاحقة لجاذبيته. الجواب الذي قدمه علماء الكونيات هو أن هناك قوة غامضة في نسيج الكون تدفع كل شيء إلى الخارج.

قدرت ناسا أن 68٪ من الكون يتكون من طاقة مظلمة. 27٪ عبارة عن مادة مظلمة ، وتشكل المادة المرئية 5٪ فقط.
 

المرفقات

  • 1688234487879.png
    1688234487879.png
    565.2 KB · المشاهدات: 1
انطلقت أحدث مهمة لإيسا في الفيزياء الفلكية ، إقليدس ، على مركبة سبيس إكس فالكون 9 من كيب كانافيرال في فلوريدا ، الولايات المتحدة الأمريكية

بدأ إقليدس الآن رحلته التي تستغرق شهرًا إلى نقطة لاجرانج L2 الواقعة على بُعد 1.5 مليون كيلومتر من الأرض ، في الاتجاه المعاكس للشمس.

سيقوم التلسكوب بمسح ثلث السماء بدقة وحساسية غير مسبوقة. من خلال مراقبة بلايين المجرات حتى 10 مليارات سنة ضوئية ، ستنشئ أكبر خريطة ثلاثية الأبعاد للكون ، مع البعد الثالث الذي يمثل الوقت.

تم تصميم مهمة Euclid من ESA لاستكشاف تكوين وتطور الكون المظلم. سوف يرسم إقليدس كيف توسع الكون وكيف يتم توزيع البنية واسعة النطاق عبر المكان والزمان ، ويكشف المزيد عن دور الجاذبية وطبيعة الطاقة المظلمة والمادة المظلمة.

بعد أربعة أسابيع من الإطلاق ، سيدخل إقليدس مداره حول L2. بمجرد الوصول إلى المدار ، سيبدأ مراقبو المهمة الأنشطة للتحقق من جميع وظائف المركبة الفضائية ، والتحقق من التلسكوب ، ثم تشغيل الأدوات في النهاية.
بعد ذلك ، سيشارك العلماء والمهندسون في مرحلة مكثفة مدتها شهران لاختبار ومعايرة أدوات إقليدس العلمية ، والتحضير للملاحظات الروتينية. يبدأ التلسكوب مرحلته الأولى لمسح الكون بعد ثلاثة أشهر من إطلاقه.

 
-كيف سيستكشف إقليدس الكون المظلم؟

كشفت التجارب السابقة أن الطاقة المظلمة تمثل حوالي 70 في المئة من كل الطاقة في الكون، بينما تنقسم الـ 30 في المئة المتبقية بين 25 في المئة تمثلها المادة المظلمة، و5 في المئة تمثلها النجوم، والغاز، والغبار، والكواكب، وحتى نحن البشر، من هذا الكون.
إذا هناك 95 في المئة من هذا الكون تمثله مواد غامضة هي الطاقة المظلمة والمادة المظلمة، ولتفكيك طبيعة هذه المواد الغامضة، سيقوم إقليدس بعمل مسح من شقين للكون على مدار ست سنوات.
ستكون المهمة الرئيسية الأولى رسم خريطة لتوزيع المادة المظلمة، وهي المادة التي لا يمكن اكتشافها مباشرة ولكن يعرف علماء الفلك وجودها بسبب تأثير جاذبيتها التي يمكننا رؤيتها على المادة.

1688280212595.png


المجرات، على سبيل المثال، لا يمكن أن تحافظ على شكلها لولا وجود بعض الدعامات الخارجية "السقالات" الإضافية. من المفترض أن تكون هذه السقالات هي مادة مظلمة، أيا كان ذلك.
على الرغم من أن هذه المادة لا يمكن رؤيتها بشكل مباشر، إلا أن التليسكوب يمكنه رسم خريطة توزيعها من خلال البحث عن الطريقة الدقيقة التي تؤثر بها كتلة هذه المادة على الضوء القادم من المجرات البعيدة.

واشتهر تليسكوب هابل الفضائي بأنه أول من استخدم هذه الطريقة لتحديد المادة السوداء في بقعة صغيرة في السماء، كانت تمثل فقط درجتين مربعتين.
لكن تليسكوب إقليدس سوف يقوم بنفس مهمة هابل لكن عبر مسافة تصل إلى 15000 درجة مربعة من السماء، ما يزيد قليلاً عن ثلث السماء.
سيكون محور كل هذا كاميرا الرؤية الرئيسية VIS في التليسكوب، التي تم تطويرها في بريطانيا.

وقال البروفيسور مارك كروبر، من مختبر مولارد لعلوم الفضاء بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجليس: "الصور التي ستنتجها (هذه الكاميرا) ستكون ضخمة. ستحتاج إلى أكثر من 300 جهاز تلفزيون عالي الدقة (هاى ديفنشن) لعرض صورة واحدة فقط".
وتعد الطاقة المظلمة مفهوما مختلفا تماما عن المادة المظلمة.
ويبدو أن هذه "القوة" الغامضة تعمل على تسريع تمدد الكون. الاعتراف بوجودها وتأثيرها في عام 1998 منح ثلاثة علماء جائزة نوبل.

1688280298314.png


سيحقق إقليدس في هذه الظاهرة من خلال رسم خرائط التوزيع ثلاثية الأبعاد للمجرات.
ويمكن استخدام الأنماط في الفراغات الكبيرة الموجودة بين هذه الأبعاد كنوع من "المقياس" لقياس التمدد عبر الزمن.
مرة أخرى، نجحت عمليات المسح التي تمت من على الأرض في تحديد الطاقة المظلمة بمساحات صغيرة من السماء، لكن تليسكوب إقليدس سوف يقيس المواقع الدقيقة لحوالي ملياري مجرة على بُعد حوالي 10 مليارات سنة ضوئية من الأرض.

وأكد البروفيسور بوب نيكول، من جامعة سوراي أن العلماء سيمكنهم "بعد ذلك طرح بعض الأسئلة المثيرة للاهتمام".
وقال لبي بي سي نيوز: "هل التسارع هو نفسه في جميع النقاط في الكون؟ اليوم، نحن نحسب المتوسط لكل شيء نقيسه. لكن ماذا لو لم يكن التسارع هناك هو نفسه هنا؟ سيكون هذا اكتشافا علميا".

لن يتمكن إقليدس من إخبارنا بشكل قاطع أن "هذه هي طبيعة المادة المظلمة والطاقة المظلمة"، لكن ما يجب أن يفعله هو تضييق نطاق النماذج والأفكار التي تسيطر على التفكير العلمي الحالي. وسوف يساعد هذا في تركيز انتباه وجهود المنظرين والتجريبيين.
على سبيل المثال، قد يقدم بعض التفكير الجديد حول كيفية اكتشاف الجسيمات التي يُعتقد حاليا أنها تمثل الكثير من المادة المظلمة.

1688280376696.png


وفيما يتعلق بالطاقة المظلمة، قد يتمكن مسح إقليدس من أن يخبر العلماء، أن تلك الطاقة بعيدا عن كونها من الخصائص الأساسية للفراغ الموجودة في الفضاء، بحسب أفضل التخمينات العلمية الحالية، فإن هناك تفسيرا أفضل لهذه القوة غير المعروفة فيما يتعلق بنظرية الجاذبية المعدلة. هذا أيضا سيكون اكتشافا علميا.
ويرى البروفيسور مارك ماكوغرين، كبير مستشاري وكالة الفضاء الأوروبية (إيسا) للعلوم والاستكشاف، أن أحد الاحتمالات هو أن الطاقة المظلمة هي في الواقع قوة خامسة، "قوة جديدة في الكون تعمل فقط على نطاقات ضخمة، لذا فهي لا تؤثر على الحياة هنا على الأرض".
وقال ماكوغرين: "لكن، بالطبع، يمكن أن تؤثر بشكل كبير على مصير كوننا، فإلى أي مدى يمكنه أن يتوسع؟ هل سيستمر في التسارع إلى الأبد، فقط يكبر ويكبر؟ أو ربما سينهار كله مرة أخرى؟"

arabic BBC
 
مشاهدة المرفق 134201
الطاقة المظلمة تسرع تمدد الفضاء و تشكل الشبكة الكونية للمجرات

الثابت الكوني هو شكل معين من أشكال الطاقة ، وطاقة الفراغ

فإن الكون ديناميكي ومتطور بمرور الوقت وشكل من أشكال الطاقة يعتمد على المكان. إنه مجال كمي به طاقة حركية وطاقة كامنة.اعتمادًا على نسبة الطاقتين والضغط اللذين تمارسهما ، يمكن للكون إما أن يجتذب أو يتنافر. لها معادلة حالة (تتعلق بضغطها p وكثافة ρ) من p = wρ ، حيث w تساوي معادلة حالة مكون الطاقة المسيطر على الكون. إذا خضع w لعملية انتقال إلى أقل من -1/3 ، فإن هذا الكون يبدأ في التوسع السريع. على النقيض من ذلك ، فإن الكون سيكون ثابت، مع كثافة طاقة ثابتة و w = −1.

عندما ينطلق التلسكوب الفضائي إقليدس من كيب كانافيرال في فلوريدا في أوائل الشهر المقبل ، فإنه سيشرع في جهد غير مسبوق لمسح مليار مجرة - وربما يحل أكبر لغز في علم الكونيات. سيغطي البحث أكثر من ثلث السماء وننظر إلى الوراء في الوقت المناسب إلى المجرات الساطعة عندما كان الكون ربع عمره الحالي البالغ 13.8 مليار سنة. على الرغم من أن المهمة هائلة ، إلا أن الهدف الأساسي لإقليدس بسيط بشكل مدهش. سيتم تجميع البيانات التي تجمعها في رقم واحد ، يُشار إليه بالرمز w. ويأمل علماء الكونيات ، وربما يائسًا بعض الشيء ، أن الأمر ليس –1.

يصف w تأثير الطاقة المظلمة ، القوة الغامضة المضادة للجاذبية التي تسرع من تمدد الكون. تشير جميع المقاييس حتى الآن إلى أن w قريب من -1. إذا ثبت أن هذا هو بالضبط ، فسوف يؤكد حل فانيلا للطاقة المظلمة: إنه تعديل بسيط - ثابت كوني - يضاف إلى نظرية الجاذبية لألبرت أينشتاين ، والتي تمنح الفضاء الفارغ نبعًا فطريًا خاصًا به. مع توسع الكون ، مما يؤدي إلى ولادة المزيد من الفضاء ، فإن المقدار الإجمالي للطاقة المظلمة ينمو أيضًا - بحيث تظل كثافة الطاقة ثابتة دائمًا.

هذا الحل هو لعنة بالنسبة لعلماء الكون لأنه مجرد عامل خداع لا يفسر من أين تأتي الطاقة المظلمة ولماذا لها هذه القيمة. يقول عالم الفيزياء الفلكية أوفر لاهاف من جامعة كوليدج لندن: "إذا كانت w تساوي -1 ، فإننا ما زلنا لا نعرف ما هي". إن الانحراف الطفيف عن -1 ، أو حتى قيمة w التي تتغير بمرور الوقت ، يمكن أن يوجه علماء الكونيات نحو نظرية جديدة شاملة تستلزم فهمًا جديدًا للفيزياء. يقول مارك هالبيرن ، عالم الكونيات بجامعة كولومبيا البريطانية: "الأمل هو العثور على تجعد".

إن مهمة إقليدس التي تبلغ تكلفتها 1.4 مليار يورو ، التي طورتها وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ، لا تعالج هذه المشكلة وحدها. سبقته العديد من الدراسات الأصغر وإقليدس هو الأول من عدة مشاريع طاقة مظلمة بمليارات الدولارات ستظهر قريبًا ، بما في ذلك مرصد فيرا سي روبن ، وهو تلسكوب مسح ممول من الولايات المتحدة في تشيلي سيفتح عينه في عام 2025 ، ونانسي ناسا. تلسكوب جريس الروماني الفضائي ، الذي سيتم إطلاقه في عام 2026. "ينفق المجتمع بأكمله مليارات الدولارات لمعرفة ما إذا كان w هو -1. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فستكون هناك جائزة نوبل أخرى.

على أقل تقدير ، يأمل الباحثون أن تضييق التلسكوبات قائمة متزايدة من البدائل للثابت الكوني ، بما في ذلك مراجعات نظرية أينشتاين للجاذبية والنظريات التي تستدعي قوة فيزيائية جديدة يمكن أن تأتي في نكهات مختلفة وتتغير بمرور الوقت. تقول عالمة الكونيات سيليا إسكاميلا ريفيرا من جامعة المكسيك الوطنية المستقلة: "هناك نظريات جديدة كل أسبوع". "لكن هذا النوع من النماذج يحتاج إلى بيانات." بالنسبة لجيسون رودس ، عالم الفيزياء الفلكية في مختبر الدفع النفاث (JPL) التابع لناسا ، إنه وقت مثير أن تكون عالمًا في الكون. "قد نكون على شفا اكتشاف فيزياء جديدة."

قبل 25 عامًا ، صدم فريق من علماء الفلك العالم بتقرير مفاده أن توسع الكون الذي بدأه الانفجار العظيم لم يتباطأ بسبب الجاذبية ، كما توقع الجميع. بدلاً من ذلك ، كانت تتسارع إلى حد ما. اعتمد الباحثون على قياسات 50 سوبر نوفا من نوع معين ، والمعروفة باسم النوع Ia: النجوم القزمة البيضاء التي تنفجر بسطوع يمكن التنبؤ به بطبيعتها. وجد الفريق أن الأبعد منها كانت أكثر قتامة - وبالتالي أبعد - مما كان ينبغي أن تكون عليه إذا كان التوسع الكوني ثابتًا أو بطيئًا. يتذكر لاهاف: "كان المجتمع مرتبكًا تمامًا".

يبدو أن ما أصبح يسمى الطاقة المظلمة يعمل. منذ ذلك الحين ، استمرت الأدلة على ذلك في التراكم ، من مئات المستعرات الأعظمية الأخرى ، ملاحظات حول كيفية تجمع المجرات بمرور الوقت ، وأنماط في الوهج اللاحق للانفجار العظيم ، الخلفية الكونية الميكروية (CMB). ظهر نموذج إجماعي يسمى lambda-CDM يتكون من ثلاثة مكونات للكون: 5٪ مادة طبيعية ، معظمها ذرات. 27٪ مادة مظلمة باردة (CDM) تتكون من بعض الجسيمات التي لم يتم اكتشافها بعد ؛ و 68٪ من الطاقة المظلمة من مصدر غامض.

يمثل الحرف اليوناني لامدا في الوصفة الكونية أحد التفسيرات المحتملة ، وهو الثابت الكوني ، الذي اقترحه أينشتاين بنفسه في عام 1917. كان يحاول إصلاح مشكلة في نظريته في الجاذبية ، النسبية العامة. في ذلك الوقت ، اعتقد علماء الفلك أن الكون كان ساكنًا ، لذا بدون وجود شيء يعارضه ، فإن الجاذبية ستدفع الكون نحو الانهيار. أدت إضافة كمية ثابتة من الطاقة إلى الفضاء الفارغ إلى القيام بالمهمة ، لكن أينشتاين لم يكن أبدًا مرتاحًا للفكرة. لقد أسقطها بعد أكثر من عقد بقليل عندما أظهر إدوين هابل وآخرون أن المجرات البعيدة كانت في الواقع تتناثر في أعقاب الانفجار العظيم.
الآن ، تتمتع لامدا بحياة ثانية ، لكنها تظل عاملاً خادعًا بدون أي تفسير مادي ، وأحد الأسس الممكنة لذلك لا تصمد. وفقًا لميكانيكا الكم ، نظرية العالم الذري ، يجب أن يكون الفراغ مليئًا بالطاقة من التقلبات التي تتسبب في ظهور أزواج الجسيمات والجسيمات المضادة باستمرار في الوجود والخروج من الوجود. لكن الطاقة المتوقعة في هذا الفوران الكمومي كبيرة جدًا: 10120 (أي 1 متبوعًا بـ 120 صفرًا) ضعف قيمة لامدا التي لاحظها علماء الفلك. يقول Ue-Li Pen ، عالم الفيزياء الفلكية النظرية في معهد Perimeter: "إنه غير متوافق مع وجودنا". "الكون سينفجر."

مشاهدة المرفق 134202

يصف علماء الكونيات الفضاء بأنه سائل مثالي ويتم تعريف w على أنه نسبة ضغط السائل إلى كثافة طاقته. تشير القيمة السالبة إلى ضغط خارجي ، وتشير القيمة بالضبط -1 إلى أن الضغط هو سمة ثابتة وغير متغيرة للكون. قد يشير الانحراف من -1 إلى كثافة الطاقة المظلمة التي تنمو أو تنخفض بمرور الوقت - والكون الذي يمكن أن ينتهي بالتسارع بشكل أسرع ، أو يبدأ في النهاية في الانكماش. ولكن جميع التقديرات حتى الآن - من CMB والأيام الأولى للكون ، ومن آخر بضعة مليارات من السنين - تشير إلى أن w قريب بدرجة كافية من –1 حتى يظل ضمن أشرطة الخطأ.

للحصول على قراءة أكثر دقة ، يريد علماء الفلك ملء الجزء الأوسط من التاريخ الكوني ، ولا سيما الفترة التي كانت قبل أكثر من 7 مليارات سنة عندما كان الكون أصغر وكانت الجاذبية لا تزال مهيمنة على الطاقة المظلمة. إنهم يريدون مراقبة الانتقال من التباطؤ إلى التسارع ، لكن لم تكن لديهم الأدوات للنظر إلى الوراء إلى هذا الحد. يحد الغلاف الجوي للأرض من قدرة التلسكوبات الأرضية على إجراء قياسات دقيقة بما يكفي بعد حوالي 3 مليارات سنة في الماضي. يقول رينيه لوريج ، عالم مشروع إقليدس ، من وكالة الفضاء الأوروبية: "علينا أن نحقق هذا الأمر بالشكل الصحيح ، ولا يمكنك القيام به إلا من الفضاء".

في عام 2007 ، تلقت وكالة الفضاء الأوروبية مقترحات لمهمتين ، باستخدام تقنيات مختلفة ، ستنقل البحث عن الطاقة المظلمة إلى الفضاء لأول مرة. سيعتمد أحد المقترحات ، المسمى مستكشف الكون المظلم ، على تقنية تسمى العدسة التثاقلي الضعيف: تشوهات صغيرة في أشكال المجرات البعيدة التي تنتج عن ثني جاذبية المادة المتداخلة لضوءها. على عكس عدسة الجاذبية القوية ، حيث يرى المرء أقواسًا ملطخة أو نسخًا من الأجرام السماوية ، فإن هذه التشوهات غير محسوسة للعين ؛ يمكن قياس ضعف العدسة فقط من خلال المقارنة الإحصائية لعينات كبيرة من صور المجرات.

تعطي هذه القياسات علماء الفلك مقابلاً لتكتل المادة بين المجرات المصورة والأرض. ومن خلال إجراء تلك القياسات للمجرات على مسافات مختلفة ، يمكنهم رؤية كيف تطور القتال بين الجاذبية والطاقة المظلمة بمرور الوقت.

الاقتراح الثاني ، المسمى Spectroscopic All-Sky Cosmic Explorer (SPACE) ، سوف يستغل ما يسمى اهتزازات الباريون الصوتية (BAOs). نشأت هذه بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم عندما كان الكون عبارة عن حساء من الغازات والفوتونات. وأصدرت كتل أكثر كثافة من المادة موجات ضغط خلال الحساء ، مركزة المادة في تموجات حول كل كتلة. يمكن الكشف عن هذه التموجات إحصائيًا في إشعاع الخلفية الكونية الميكروي ، ويمكن اعتبار بصماتها اليوم ذروة توزيع المجرات المنفصلة عند 490 مليون سنة ضوئية.

من خلال رسم خرائط لملايين المجرات وحساب حجم هذا المقياس القياسي في أوقات مختلفة ، يمكن لعلماء الفلك رسم معدل التوسع ورؤية تأثير الطاقة المظلمة. يقول أندريا سيماتي من جامعة بولونيا ، الذي قاد اقتراح الفضاء ، إن توزيع المجرات "هو مختبر كوني". "ولكن لتحقيق الدقة المطلوبة يتطلب مجموعة كبيرة جدًا من البيانات ، حجمًا كبيرًا جدًا من الكون."

من خلال بعثتين مقنعتين في علم الكونيات للاختيار من بينهما ، اقترحت وكالة الفضاء الأوروبية دمجهما في مركبة فضائية واحدة ، وفي عام 2011 ، تمت الموافقة على إقليدس. لكنه لم يكن زواجًا سهلاً. يقول جون بيكوك من جامعة إدنبرة ، أحد الآباء المؤسسين لبعثة إقليدس: "كان الأمر معقدًا". "كانت هناك كومة من المقايضات التجريبية."
على سبيل المثال ، كانت هناك طلبات متنافسة على الضوء من مرآة Euclid الرئيسية التي يبلغ ارتفاعها 1.2 مترًا. يتطلب مسح العدسة الضعيف الضوء المرئي لعمل صور حادة ، في حين يعتمد مسح BAO على ضوء الأشعة تحت الحمراء لرسم خرائط أكثر للمجرات البعيدة ، التي ينزاح ضوءها إلى الأحمر عن طريق توسع الكون. كلف مديرو إقليدس صانع البصريات زايس بصب قطعة زجاجية معقدة ذات طبقات تسمح بمرور الأشعة تحت الحمراء عبر مجموعة واحدة من الأدوات بينما تعكس الضوء المرئي على طول مسار مختلف لمجموعة أخرى من الأدوات.

اختار المهندسون أيضًا بناء مرايا إقليدس ومكونات أخرى من كربيد السيليكون ، وهي مادة تستخدم في مكابح السيارات والسترات الواقية من الرصاص ، لأن تقلبات درجات الحرارة لا تغير شكلها - وهو أمر بالغ الأهمية إذا تم التقاط صور عدسات ضعيفة بشكل مثالي على مدى 6 سنوات استطلاع. لكن يصعب التعامل مع كربيد السيليكون: يجب تشكيل المكونات من مسحوق وتحميصها في السيراميك. يقول جوزيبي راكا ، مدير مشروع إقليدس في وكالة الفضاء الأوروبية ، إن اللوح الأساسي الذي يحمل كاشفات التلسكوب كان صعبًا بشكل خاص. استمر الفنيون في العثور على شقوق صغيرة ، واستغرق صب شقوق خالية من العيوب عامين أطول مما كان مخططًا له. تقول راتشا: "كان لدينا إخفاقان أو ثلاثة إخفاقات".

مشاهدة المرفق 134208

كان على فريق مسح BAO تقديم بعض التنازلات. لقياس المسافات الدقيقة للمجرات ، يحتاج الباحثون إلى انزياح أحمر دقيق لا يمكن استخلاصه إلا من الأطياف. أراد الفريق استخدام مجموعة من الآلاف من المرايا الصغيرة القابلة للتحويل لتحويل الضوء من المجرات الفردية إلى مخطط طيفي مقسم للضوء ، وجمع الأطياف من العديد من المجرات في وقت واحد. لكن وكالة الفضاء الأوروبية اعتبرت أن الجهاز محفوف بالمخاطر للغاية لأنه لم يتم اختباره في المدار مطلقًا. بدلاً من ذلك ، يعتمد المسح على منشور مقضب ، أو grism ، لنشر الضوء من كل مصدر في مجال الرؤية وتسجيل جميع الأطياف في وقت واحد باستخدام الكاميرا. يقول بيكوك: "الأمر بسيط ووحشي". لكن هذا النهج يتطلب معالجة معقدة للصور لفك تشابك الأطياف المتداخلة وإزالة الأطياف من الأشياء غير المرغوب فيها ، مثل النجوم الأمامية.

كما أثبتت أجهزة الكشف الخاصة بكاميرا الأشعة تحت الحمراء أنها تسبب الصداع. أراد مصممو Euclid استخدام أجهزة الكشف التي تنتجها Teledyne Technologies ، في كاليفورنيا ، ولكن نظرًا لأن لديهم تطبيقات عسكرية ، فهم يخضعون لضوابط التصدير الأمريكية. لعبت ناسا دور الوسيط ، واكتسبت المستشعرات وأجرت الاختبار والتعبئة في مختبر الدفع النفاث مقابل أكثر من 100 مقعد للباحثين الأمريكيين في Euclid Consortium ، وهي هيئة مكونة من 2000 فرد قامت ببناء الأدوات وستقوم بمعالجة البيانات. لكن البيروقراطية الإضافية كانت مرهقة. يقول رودس: "حتى أثناء التحدث إلى زملائي الأوروبيين ، كنت بحاجة إلى إنهاء المحادثة".

بحلول عام 2022 ، كانت المركبة الفضائية قد اكتملت تقريبًا. ثم غزت روسيا أوكرانيا وأدت العقوبات الغربية إلى إفشال عملية إطلاق إقليدس المقرر لصاروخ سويوز الروسي. صُممت المركبة الفضائية لتحمل ضغوط إطلاق صاروخها المختار ، لذا فإن التبديل ليس بالأمر السهل. ولكن بحلول أواخر العام الماضي ، وجدت وكالة الفضاء الأوروبية بديلاً مناسبًا في Falcon 9 من SpaceX ، كما يقول بوفنيش جين ، عالم الكونيات بجامعة بنسلفانيا: "لقد كانت فترة من القلق وعدم اليقين".

يجلس إقليدس الآن في غرفة نظيفة في فلوريدا ، جاهزًا لإطلاقه في أوائل يوليو ورحلة مدتها شهر إلى L2 ، نقطة توازن الجاذبية على بعد 1.5 مليون كيلومتر من الأرض حيث يوجد أيضًا تلسكوب الفضاء JWST التابع لناسا. سينضم المنافسون لإقليدس في الولايات المتحدة ، التلسكوب الروماني ومرصد روبن ، إلى البحث عن الطاقة المظلمة لاحقًا. ستنظر المشاريع الثلاثة في أجزاء مختلفة من السماء ، بأطوال موجية مختلفة ، ومع مجموعات متداخلة من التقنيات الأساسية الثلاثة (العدسة الضعيفة ، BAO ، المستعرات الأعظمية). رومان ، مع مرآة أكبر من إقليدس ، سوف يتعمق أكثر في الماضي ولكن على مساحة سماء أصغر. لن يرى روبن الأرضي بعيدًا عن الاثنين الآخرين ، لكن المسح الضوئي والأشعة تحت الحمراء سيكون الأوسع.

يقول رودس إن كل فريق يريد أن يكون أول من يحل لغز الطاقة المظلمة ، لكن من المحتمل أن يحتاجوا إلى أدلة داعمة من بعضهم البعض لإقناع المجتمع بأن أي اكتشاف حقيقي. "بعد مرور عشر سنوات ، ستضع التحليلات المشتركة للبيانات من الثلاثة - التحليل على مستوى البكسل بطرق ذكية - أكثر القيود إلحاحًا على الطاقة المظلمة."

لدى المنظرين سبب للأمل في أن تتحدى البيانات الصورة الحالية بسرعة ، مشيرين إلى أن الملاحظات الحالية تقدم دليلين على أن كل شيء ليس على ما يرام مع lambda-CDM. الأول هو التناقض في قياسات ثابت هابل ، H0 ، الذي يصف مدى سرعة تمدد الكون. تسمح دراسات CMB للباحثين بحساب أن مجرة 1 ميغا فرسك (3.26 مليون سنة ضوئية) من الأرض يجب أن تنحسر بسرعة 68 كيلومترًا في الثانية (كيلومتر / ثانية) ، بافتراض مزيج معين من المادة والمادة المظلمة والطاقة المظلمة المنصوص عليها من قبل lambda-CDM. ولكن عندما يقيس علماء الفلك سرعة الركود الفعلية للمجرات القريبة ، باستخدام مسافات المستعرات الأعظمية من النوع Ia وتقنيات أخرى ، فإنهم يقيسون سرعة تبلغ 73 كم / ثانية. افترض الباحثون في البداية أنه كان خطأ تجريبيًا بسيطًا - وهذه أشياء يصعب قياسها - ولكن مع تنقيح الأساليب وإضافة تقنيات جديدة ، تقلصت أشرطة الخطأ ، لكن ما يسمى بتوتر هابل ظل قائماً.

الشد الثاني هو فوق معامل مستقل يسمى S8 ، والذي يصف تكتل المادة في الشبكة الكونية للمجرات. مرة أخرى ، نظرًا لوصفة lambda-CDM ، تتنبأ مقاييس التكتل في CMB بقيمة S8 التي يجب أن نراها اليوم. لكن يبدو أن الكون القريب أقل تكتلًا بنسبة 10٪ من التوقع. "يجب أن تكون قادرًا على رسم خط بين الاثنين ولكن يقول رودس: عندما ترسم الخط ، فإنه لا يتطابق. الفجوة هي ثغرة أخرى في درع lambda-CDM.

لحل توتر هابل ، ابتكر المنظرون مجموعة من النماذج ، تُعرف مجتمعة باسم "الطاقة المظلمة المبكرة". يقترحون أن شكلاً من أشكال الطاقة المظلمة أعطى الكون دفعة مبكرة قبل إنشاء CMB. سيؤدي هذا إلى رفع قيمة H0 المشتقة من بيانات CMB. تعتبر إسكاميلا ريفيرا أنها "مرشح جيد جدًا". وقد أشارت الملاحظات الأخيرة للطريقة التي يتم بها استقطاب الضوء القديم للإشعاع CMB - الميل إلى الاهتزاز في اتجاهات معينة - إلى طفرة النمو المبكرة. لكنها لن تحل التوتر S8 ، والأدلة ليست قوية بما يكفي لإقناع جاين. يقول: "ظهرت الطاقة المظلمة ، واختفت ، وعادت إلى الظهور مرة أخرى - لا يبدو ذلك جميلًا".

تتطلب الطاقة المظلمة المبكرة ، مثل العديد من البدائل الأخرى للثابت الكوني ، قوة جديدة تمامًا. يصف بعض المنظرين القوة بأنها مجال أو سائل يسود الكون كله ويعطونه اسم جوهر. مفتاح الجوهر هو أنه يتغير في القيمة من خلال التاريخ الكوني ويمكن أن يكون جذابًا أو مثيرًا للاشمئزاز. ربما تكون قد تحولت من الجاذبية إلى التنافر منذ حوالي 10 مليارات سنة ، دافعةً التوسع الكوني تدريجيًا نحو التسارع. يمكن أن يكون متقلبًا مرة أخرى: قد يتسبب في نمو التوسع بمعدل أسرع من المعدل الأسي ، مما يؤدي إلى تمزيق الكون في "تمزق كبير" ، أو الانقلاب إلى قوة جذابة تسحب الكون إلى أزمة كبيرة.

يمكن للبيانات من إقليدس وغيرها من تحقيقات الطاقة المظلمة أن تعزز هذه الصورة. إذا تمكنوا من اكتشاف انحراف ضئيل في w الابتعاد عن -1 - دليل على أن الطاقة المظلمة ليست ثابتة في الوقت المناسب - فسيكون ذلك مسمارًا في نعش الثابت الكوني. "الهدف الرئيسي الذي نريد جميعًا معرفته هو: هل تتطور الطاقة المظلمة؟" يقول الطاووس.

الاحتمال الآخر هو أن نظرية الجاذبية تحتاج إلى تجديد. تحل النسبية العامة الألغاز القريبة والبعيدة ، من مدار عطارد إلى عدسات الجاذبية بواسطة مجموعات المجرات ، ولكن لم يتم اختبارها أبدًا عبر مسافات كونية حقيقية ، حيث يعتقد البعض أنها قد تنهار. بالإضافة إلى قياس مقياس BAO ، يمكن للمسح الطيفي الذي أجراه إقليدس أن يؤرخ كيف سحبت الجاذبية مجموعات من المجرات إلى صفائح وخيوط بمرور الوقت ، مكونة الشبكة الكونية. إذا انحرف نمو هذه الهياكل عن تنبؤات النسبية العامة ، فقد يشير ذلك إلى أن نظرية أينشتاين نفسها تحتاج إلى مراجعة ، مما يلغي الحاجة إلى الطاقة المظلمة. يقول بيكوك: "إذا كانت نظرية أينشتاين غير صحيحة ، فهناك صناعة ضخمة للنظريات البديلة".

بعد وصوله إلى L2 وبضعة أشهر من المعايرة ، سيبدأ إقليدس مسحه ، حيث سيغطي 36٪ من السماء مع تجنب المناطق المزدحمة بالنجوم والغازات في مجرة درب التبانة والنظر إلى الوراء 10 مليارات سنة. في غضون يومين فقط ، ستقوم بمسح أكبر قدر من السماء مثل تلسكوب هابل الفضائي منذ أكثر من 3 عقود. سيسجل ما يقدر بنحو 10 مليارات مجرة ونجوم وكائنات في النظام الشمسي ، ويحدد أهدافًا جديدة لـ JWST والتلسكوبات الأرضية الكبيرة لفحصها. يقول عالم الفيزياء الفلكية يانيك ميليير من معهد الفيزياء الفلكية في باريس ورئيس اتحاد إقليدس: "إنه منجم ذهب رائع لأي نوع من العلوم".

من هذا الفيضان ، سيحلل اتحاد إقليدس صورًا لمليار مجرة من أجل عدسات ضعيفة وأطياف من عشرات الملايين من المجرات لتحديد مواقعهم في مسح باو. الهدف هو حساب قيمة w بدقة أفضل من 1٪ ، وهو ترتيب من حيث الحجم أفضل من التقديرات الحالية.
بتواضع لأنهم لم يكتشفوا ما الذي يشكل أكثر من ثلثي الكون ، فإن علماء الكونيات الآن بشكل جماعي يحبسون أنفاسهم. "ما زلنا لا نعرف الكثير. يقول عالم الكونيات جو دانكلي من جامعة برينستون: "لا يوجد دليل على أنه ليس ثابتًا كونيًا". "في غضون 5 سنوات ، آمل أن يكون لدينا دليل قاطع على أن lambda-CDM معطل بطريقة ما." مع الحظ ، قد يكون لديها أيضًا لمحة عما قد يحل محله.

حرفيا لا أعرف عن ماذا يتكلم التقرير لكن شكرا على المشاركة العلمية المُطولة
 
حرفيا لا أعرف عن ماذا يتكلم التقرير لكن شكرا على المشاركة العلمية المُطولة
شكرا لك أخى العزيز......

انا أسف أنىى لم أستطع تبسيط المعلومة بالقدر الكافى , و لكن عامة سأبسط الامر كالتالى:

1-يعتبر علماء الفيزياء الكونية أن الكون يمكن تشبيهه بالسائل الموجود فى حجم معين
2-هذا السائل له كثافة مثل أى سائل و حجم و مكونات هذا السائل المجرات و الساديم الكونى و المادة المظلمة المجهولة لهم إلى الأن
3-يؤثر على هذا السائل مثل أى سائل طبيعى قوة التجاذب بين مكوناته التى هى المجرات السديم و المادة المظلمة و التى تبقيه قائما لا يتفتت
4-و مثل أى سائل فأن القوى المؤثرة عليه أى الضغط الواقع عليه يتناسب مع كثافته كلما قل الضغط الواقع عليه قلت كثافة السائل و تمدد و تباعدت مكوناته(المجرات) و كلما زاد الضغط الواقع على السائل كلما زادت كثافته و أنكمش و أقتبرت مكوناته من بعضها البعض (المجرات)
5- و معادلة الكون بهذا الشكل فى غاية البساطة p = wρ أى القوة المؤثرة على الكون(الضغط الكونى)= كثافته * معامل القوى
6- حيث w هى معامل الطاقة المسيطرة على الكون ,
ρ هو كثافة الكون , P هو قوى الضغط الممارسة على الكون (الطاقة المظلمة الغير معروف مصدرها)
7-
و من هذه المعادلة نجد أن كانت w قليلة فان ناتج المعادلة و هو الضغط الكونى سيكون قليل و بالتالى ستقل كثافة الكون و يتمدد
8- و من هذه المعادلة نجد أن كانت w كبيرة فان ناتج المعادلة و هو الضغط الكونى سيكون كبير و بالتالى ستذداد كثافة الكون و ينكمش
9- و من هذه المعادلة نجد أن كانت w ثابتة فان ناتج المعادلة و هو الضغط الكونى سيكون ثابت و بالتالى تستقر كثافة الكون و لا يحدث له تغيير

و وجد علماء الفيزياء الكونية أن قيمة w تساوى -1 هى القيمة التى تجعل الكون شبه مستقر

و أذا أنخفضت هذه القيمة مثلا إلى -1/2 أو -1/3 فأنها تجعل الضغط الكونى أقل و تؤدى إلى تمدد الكون و العكس صحيح

و مهمة أقليدس الان هى جمع المعلومات بأعلى دقة ممكنة من عمق الكون و بأكبر مساحة ممكنة منه لقياس كثافة الكون منذ 10مليار عام إلى الأن و أستخدام مطياف الكتلة و الاشعة تحت الحمراء و الكاميرات كبيرة الوضوح المزود بها للقيام بهذه المهمة و من ذلك سوف يستطيع العلماء الأقتراب من القيمة الصحيحة للثابت w بمقدار خطأ أقل من 1% و عليه سيحددون أذا كان الكون يتمدد فعلا بقوة الضغط الكونى (الطاقة المظلمة أو الطاقة الذين لا يستطيعون معرفة مصدرها إلى الان) او هو ثابت أو .........................................

أرجو ان يكون الشرح واضح و مع الاعتذار أخى العزيز
 
التعديل الأخير:
شكرا لك أخى العزيز......

انا أسف أنىى لم أستطع تبسيط المعلومة بالقدر الكافى , و لكن عامة سأبسط الامر كالتالى:

1-يعتبر علماء الفيزياء الكونية أن الكون يمكن تشبيهه بالسائل الموجود فى حجم معين
2-هذا السائل له كثافة مثل أى سائل و حجم و مكونات هذا السائل المجرات و الساديم الكونى و المادة المظلمة المجهولة لهم إلى الأن
3-يؤثر على هذا السائل مثل أى سائل طبيعى قوة التجاذب بين مكوناته التى هى المجرات السديم و المادة المظلمة و التى تبقيه قائما لا يتفتت
4-و مثل أى سائل فأن القوى المؤثرة عليه أى الضغط الواقع عليه يتناسب مع كثافته كلما قل الضغط الواقع عليه قلت كثافة السائل و تمدد و تباعدت مكوناته(المجرات) و كلما زاد الضغط الواقع على السائل كلما زادت كثافته و أنكمش و أقتبرت مكوناته من بعضها البعض (المجرات)
5- و معادلة الكون بهذا الشكل فى غاية البساطة p = wρ أى القوة المؤثرة على الكون(الضغط الكونى)= كثافته * معامل القوى
6- حيث w هى معامل الطاقة المسيطرة على الكون ,
ρ هو كثافة الكون , P هو قوى الضغط الممارسة على الكون (الطاقة المظلمة الغير معروف مصدرها)
7-
و من هذه المعادلة نجد أن كانت w قليلة فان ناتج المعادلة و هو الضغط الكونى سيكون قليل و بالتالى ستقل كثافة الكون و يتمدد
8- و من هذه المعادلة نجد أن كانت w كبيرة فان ناتج المعادلة و هو الضغط الكونى سيكون كبير و بالتالى ستذداد كثافة الكون و ينكمش
9- و من هذه المعادلة نجد أن كانت w ثابتة فان ناتج المعادلة و هو الضغط الكونى سيكون ثابت و بالتالى تستقر كثافة الكون و لا يحدث له تغيير

و وجد علماء الفيزياء الكونية أن قيمة w تساوى -1 هى القيمة التى تجعل الكون شبه مستقر

و أذا أنخفضت هذه القيمة مثلا إلى -1/2 أو -1/3 فأنها تجعل الضغط الكونى أقل و تؤدى إلى تمدد الكون و العكس صحيح

و مهمة أقليدس الان هى جمع المعلومات بأعلى دقة ممكنة من عمق الكون و بأكبر مساحة ممكنة منه لقياس كثافة الكون منذ 10مليار عام إلى الأن و أستخدام مطياف الكتلة و الاشعة تحت الحمراء و الكاميرات كبيرة الوضوح المزود بها للقيام بهذه المهمة و من ذلك سوف يستطيع العلماء الأقتراب من القيمة الصحيحة للثابت w بمقدار خطأ أقل من 1% و عليه سيحددون أذا كان الكون يتمدد فعلا بقوة الضغط الكونى (الطاقة المظلمة أو الطاقة الذين لا يستطيعون معرفة مصدرها إلى الان) او هو ثابت أو .........................................

أرجو ان يكون الشرح واضح و مع الاعتذار أخى العزيز

شكرا لك أخي الكريم على التبسيط و لا داعي للإعتذار
 
عودة
أعلى