يمكن أن تحل الكتلة الفائقة الخفية لغز درب التبانة

يتجنب علماء الفلك عادةً منطقة التجنب. عندما لم يفعل أحدهم ذلك ، اكتشفت بنية كونية عملاقة يمكن أن تفسر السرعة العالية جدًا لمجرة مجرتنا

صورة للراكب الشراعي الفائق الذي يحدق خارج منطقة درب التبانة

انظر إلى سماء الليل من مكان ذي منظر جيد ، وسترى شريطًا سميكًا من درب التبانة يمتد عبر السماء بأكملها. لكن هذه النجوم والغبار ، الذي يصف قرص مجرتنا ، لا يرحب به علماء الفلك الذين يدرسون المجرات الواقعة خارج مجرتنا. يبدو وكأنه شريط سميك من الزجاج الأمامي الضبابي ، وهو طمس يجعل معرفتنا بالكون غير مكتملة. يطلق عليها علماء الفلك منطقة التجنب .

كانت رينيه كران-كورتويغ تحاول طوال حياتها المهنية اكتشاف ما يكمن وراء هذه المنطقة. لأول مرة ، وجدت علامات على شيء مدهش في الخلفية ، عندما وجدت في الثمانينيات تلميحات عن مجموعة محتملة من الأشياء مرئية على لوحات التصوير القديمة. على مدى العقود القليلة القادمة ، استمرت تلميحات هيكل واسع النطاق في التدفق.

أعلن كران-كورتويغ وزملاؤه هذا العام أنهم اكتشفوا بنية فضاء ضخمة: كتلة ضخمة تضم آلاف وآلاف المجرات. تمتد هذه المجموعة لأكثر من 300 مليون سنة ضوئية ، وتنتشر فوق وتحت سطح المجرة ، مثل الاختباء العملاق خلف الفانوس. يطلق الفلكيون على ذلك اسم Sail Supercluster ، لأنه يقع تقريبًا في موقع كوكبة الشراع .


رينيه كران-كورتويغ ، عالم الفلك في جامعة كيب تاون

أولئك الذين دفعوا درب التبانة

درب التبانة ، مثل جميع المجرات في الفضاء ، تتحرك. كل شيء في الكون يتحرك باستمرار بسبب توسع الكون نفسه ، ولكن منذ السبعينيات ، كان الفلكيون على دراية بحركة أخرى تسمى السرعة الغريبة . هذا تيار منفصل نشارك فيه. تتحرك مجموعة المجرات المحلية - والتي تشمل درب التبانة وأندروميدا وعشرات الجيران الصغار - بسرعة 600 كم / ثانية فيما يتعلق بالإشعاع المتبقي للانفجار العظيم.

على مدى العقود القليلة الماضية ، قام الفلكيون بحساب كل ما يمكن أن يسحب ويدفع مجموعة محلية - مجموعات مجرات مجاورة ، عنقودية فائقة ، جدران عنقودية وفراغات كونية لها تأثير جاذب على مجموعتنا لا يمكن إهمالها.

أكبر قاطرة هي Shapley supercluster ، وحش يزن 50 مليون مليار طاقة شمسية ، يقع على بعد 500 مليون سنة ضوئية من الأرض (وليس بعيدًا جدًا عن الكتلة الشراعية الفائقة في المجال السماوي). وهو مسؤول عن 25-50٪ من السرعة الفريدة للمجموعة المحلية.


صورة مجرة درب التبانة من القمر الصناعي Gaia ، تُظهر سحب داكنة من الغبار تغطي منظر المجرات والكون الموجود خلفها

لا يمكن تفسير الحركة المتبقية من خلال الهياكل التي اكتشفها بالفعل علماء الفلك. لذلك ، يواصل الفلكيون النظر إلى أبعد من ذلك في الكون ، ويحسبون الأشياء الموجودة في أماكن أبعد والتي تساهم في جاذبية الجاذبية العامة لدرب التبانة. ينخفض ​​جاذبية الجاذبية مع زيادة المسافة ، ولكن هذا التأثير مشوش إلى حد ما بسبب الزيادة في حجم هذه الهياكل. يقول مايك هدسون ، عالم الكونيات بجامعة واترلو بكندا: "كلما زاد عدد الخرائط ، فإن الأجسام الأكبر والأكبر التي يجدها الناس على حافة مساحة مرئية. ما زلنا ننظر إلى أبعد وأبعد ، ولكن ما وراء حدود الرؤية هي جبال أعظم. " حتى الآن ، لم يأخذ الفلكيون في الاعتبار سوى المسؤول عن سرعة 450-500 كم / ثانية لحركة المجموعة المحلية.

ومع ذلك ، لا يزال الفلكيون لا ينخلون منطقة التجنب بنفس العناية. ويكشف اكتشاف الكتلة الفائقة Parusov أنه قد يكون هناك شيء كبير هناك ، خارج نطاق وصولنا.

في فبراير 2014 ، شرع Kraan-Korteweg و Michael Klaver ، الفلكي من جامعة Western Cape في جنوب أفريقيا ، في وضع علامة على Sail Supercluster كجزء من ملاحظة امتدت ست ليال في التلسكوب الأنجلو أسترالي في أستراليا. كان كران كورتويغ يعرف أين توجد التراكمات الأكثر كثافة للغاز والغبار في منطقة التجنب. استهدفت النقاط الفردية التي كان لديهم فيها أفضل فرصة لرؤية شيء ما من خلال هذه المنطقة. كان الهدف هو إنشاء "العمود الفقري" ، كما تسميه ، بنية. كان على Claver ، المتمرس بالفعل في هذه الأداة ، قراءة المسافات إلى المجرات الفردية.

ساعدهم هذا المشروع على الاستنتاج بأن الكتلة الشراعية الفائقة موجودة بالفعل ، وأنها تحتل 20-25 ٪ من السماء. لكنهم ما زالوا لا يعرفون ما يحدث في مركزها. قال كران-كورتويغ: "نرى الجدران تعبر منطقة التجنب ، ولكن ليس لدينا أي بيانات عن المكان الذي تتقاطع فيه بسبب الغبار". كيف تتفاعل هذه الجدران مع بعضها البعض؟ هل بدأوا في الاندماج؟ هل هناك جوهر أكثر كثافة يخفيه وهج درب التبانة؟

والأهم من ذلك ، ما هي كتلة الكتلة الشراعية الفائقة؟ بعد كل شيء ، الكتلة هي المسؤولة عن جذب الجاذبية وظهور هيكل.

كيف ترى من خلال الضباب

على الرغم من أن غبار ونجوم المنطقة تحجب الضوء في النطاقات الضوئية والأشعة تحت الحمراء ، يمكن أن تخترق موجات الراديو هذه المنطقة. مع وضع هذا في الاعتبار ، طور Kraan-Korteweg خطة لاستخدام منارة الفضاء لوضع علامة على كل شيء خارج الأجزاء الأكثر كثافة من منطقة تجنب.

تعتمد الخطة على الهيدروجين ، أبسط وأكثر الغازات شيوعًا في الكون. يتكون الهيدروجين الذري من بروتون واحد وإلكترون. هذه الجسيمات لها خاصية كمومية مثل الدوران ، والتي يمكن تخيلها كسهم صغير متصل بكل من الجسيمات [ولكن من الأفضل تخيلها كزخم زاوي / تقريبًا. ترجم.]. بالنسبة للجسيمات المكونة للهيدروجين ، يمكن أن تشير هذه السبينات في اتجاه واحد ، أو في اتجاهات معاكسة. في بعض الأحيان يغير الدوران اتجاهه - تصبح ذرة موازية متوازية. عندما يحدث ذلك ، تنبعث الذرة من الفوتون من ضوء طول موجة معين.


أحد الهوائيات الـ 64 التي يتكون منها تلسكوب MeerKAT في جنوب إفريقيا

إن احتمال انبعاث مثل هذه الموجة الراديوية بذرة واحدة صغير ، ولكن إذا جمعت كمية كبيرة من الهيدروجين المحايد ، فإن الاحتمال الكلي سيزداد. لحسن الحظ لكراان-كورتويغ وزملائها ، تحتوي العديد من المجرات من مجموعة الأشرعة على احتياطيات كبيرة من هذا الغاز.

خلال ملاحظات عام 2014 ، رأت هي وكلافر إشارات على أنه تم العثور على نجوم شابة في العديد من المجرات التي عثروا عليها. قال كران-كورتيويغ: "إذا كان هناك نجوم شابة ، فهذا يعني أنها تشكلت مؤخرًا ، مما يعني أن هناك غازًا" ، لأن الغاز هو المادة التي تصنع منها النجوم.

يحتوي درب التبانة أيضًا على هيدروجين خاص به - ضباب آخر في المقدمة يتداخل مع الملاحظات. ولكن يمكن استخدام توسع الكون لتحديد إشعاع الهيدروجين الموجود في مجموعة الأشرعة. ينتقل الامتداد بعيدًا عن المجرات الموضوعة خارج المجموعة المحلية ويحول موجات الراديو نحو الجزء الأحمر من الطيف. يقول توماس جاريث ، عالِم الفلك من جامعة كيب تاون ، الذي شارك في الفريق الذي اكتشف الكتلة الشراعية الفائقة "إن خطوط الانبعاث هذه منفصلة بحيث يمكن حسابها بشكل انتقائي".

وعلى الرغم من أن عمل Kraan-Korteweg خلال مسيرتها المهنية كلها قد اكتشف بالفعل 5000 مجرة ​​في الكتلة الفائقة ، فهي واثقة من أن المراقبة الحساسة بما فيه الكفاية في النطاق الراديوي لهذا الهيدروجين المحايد يمكن أن تضاعف هذه الكمية ثلاث مرات وتكشف لنا الهياكل الكامنة وراء الجزء الأكثر كثافة من قرص درب التبانة.

هذا هو المكان الذي يدخل فيه تلسكوب راديو MeerKAT إلى المشهد. يقع بالقرب من مدينة كارنارفون المهجورة الصغيرة في جنوب أفريقيا ، وسيصبح قريباً التلسكوب الراديوي الأكثر حساسية على الأرض. تم تثبيت هوائيه الأخير رقم 64 في أكتوبر ، ولكن حتى الآن يجب توصيل عدة هوائيات وفحصها. سيتعين على نصف المجموعة المكونة من 32 لوحة أن تكسب بحلول نهاية عام 2017 ، وستعمل بكامل طاقتها في بداية عام 2018.

هذا العام ، حاولت Kraan-Korteweg الحصول على وقت للملاحظات باستخدام هذا المصفوفة نصف ، ولكن إذا لم يتم تلبية طلبها لمدة 200 ساعة ، فإنها تأمل في الحصول على 50 ساعة بالفعل على المجموعة الكاملة. في كلتا الحالتين ، ستكون الحساسية هي نفسها ، تمامًا كما هو مطلوب حتى يتمكن هو وزملاؤه من الكشف عن الإشارات اللاسلكية للهيدروجين المحايد من آلاف المجرات الفردية التي تقع على بعد مئات السنين الضوئية منا. مسلحين بهذه البيانات ، سيكونون قادرين على تحديد الهيكل الكامل للمجموعة.

مستجمعات المياه الكونية

تتبنى هيلين كورتوا ، عالمة الفلك في جامعة ليون ، مقاربة مختلفة لوضع علامة على الكتلة الفائقة. ترسم خرائط الكون التي تقارنها بمستجمعات المياه. في أجزاء معينة من السماء ، تهاجر المجرات في نفس الاتجاه ، مثلما يتدفق المطر في مستجمعات المياه إلى بحيرة واحدة أو مجرى. يبحث هو وزملاؤه عن الحدود ، التي تنجذب إليها جوانب مختلفة من المادة في اتجاهات مختلفة.


هيلين كورتوا ، عالمة فلك من جامعة ليون

قبل بضع سنوات ، استخدم كورتوا وزملاؤه هذه الطريقة لمحاولة تحديد هيكلنا المحلي الواسع النطاق المسمى Laniakea . يشرح كورتوا أهمية تعريف هذا الهيكل بالقول أنه على الرغم من وجود تعريفات للمجموعات المجرية والمجرات ، إلا أنه لا يوجد تعريف مقبول عالميًا للهياكل واسعة النطاق للكون - مثل العناقيد والجدران الفائقة.

والمشكلة ، على وجه الخصوص ، هي أنه من أجل تحديد دقيق إحصائيًا ، ليس لدينا ببساطة ما يكفي من العناقيد الفائقة. يمكننا فقط سرد تلك المعروفة لنا ، لكن المجموعات العملاقة ، مثل الهياكل الجاهزة التي تتكون من آلاف المجرات ، تظهر عددًا غير محدود من الأصناف.

يقوم كورتوا وزملاؤه الآن بتحويل انتباههم أكثر. يقول كورتوا: "الأشرعة ممتعة للغاية". "أريد قياس تجمع الجاذبية ، الحدود ، حدود باروسوف." تستخدم بياناتها الخاصة لتحديد التدفقات التي تتحرك باتجاه الأشرعة وبعيدًا عنها ، بحيث يمكن تقدير كمية الكتلة التي تنجذب إليها. من خلال مقارنة هذه الانسيابات مع خريطة Kraan-Korteweg التي توضح مواقع المجموعات المادية للمجرات ، يمكنهم تقدير كثافة الكتلة الفائقة Parusov وحجمها. وأضاف كورتوا أن "هاتين الطريقتين متكاملتان تمامًا".

يعمل هذان الفلكيان الآن بشكل مشترك على بناء خريطة للأشرعة. في النهاية ، يأملون في أن يتمكنوا من استخدامها لتحديد كتلة الأشرعة ، والتي ستكون الجزء الأخير من أحجية حركة المجموعة المحلية - "هذا عدم تطابق يطاردنا منذ 25 عامًا" ، كما يقول Kraan-Korteweg. وحتى إذا لم تكن الكتلة الفائقة مسؤولة عن الحركة المتبقية ، فإن جمع إشارات ما وراء منطقة التجنب سيساعد على فهم مكاننا في الكون.