في عام 1929 ، غيّر إدوين هابل إلى الأبد فهمنا للكون بإظهار أن الكون في حالة توسع. بحلول التسعينات ، قرر الفلكيون أن المعدل الذي تتوسع فيه يتسارع بالفعل ، الأمر الذي أدى بدوره إلى نظرية "الطاقة المظلمة". منذ ذلك الوقت ، سعى علماء الفلك والفيزيائيون إلى تحديد وجود هذه القوة من خلال قياس تأثيرها على الكون.
يأتي أحدث هذه الجهود من مسح Sloan Digital Sky Survey III (SDSS III) ، حيث أعلن فريق دولي من الباحثين أنهم انتهوا من إنشاء القياسات الأكثر دقة للكون حتى الآن. المعروفة باسم المسح الطيفي التذبذب باريون (بوس) ، وضعت قياساتها قيود جديدة على خصائص الطاقة المظلمة.
تم تقديم القياسات الجديدة من قبل عالم الفلك في جامعة هارفارد دانيال آيزنشتاين في اجتماع أخير للجمعية الفلكية الأمريكية. بصفته مديرًا لـ Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) ، أمضى هو وفريقه السنوات العشر الماضية في قياس الكون والتقلبات الدورية في كثافة المادة الطبيعية لمعرفة كيفية توزيع المجرات في جميع أنحاء الكون.
وبعد عقد من البحث ، تمكن فريق BOSS من إنتاج خريطة ثلاثية الأبعاد للكون تغطي أكثر من ستة مليارات سنة ضوئية. وبينما بدت استطلاعات حديثة أخرى أبعد من ذلك - تصل إلى مسافات تتراوح بين 9 و 13 مليار سنة ضوئية - فإن خريطة BOSS فريدة من حيث أنها تفتخر بأعلى دقة لأي خريطة كونية.
في الواقع ، تمكن فريق BOSS من قياس توزيع المجرات في الكون ، وعلى مسافة 6 مليار سنة ضوئية ، إلى هامش خطأ غير مسبوق بنسبة 1٪. إن تحديد طبيعة الأجسام الكونية على مسافات كبيرة ليس بالأمر السهل ، بسبب آثار النسبية. كما قال الدكتور آيزنشتاين لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
"المسافات هي تحدٍ طويل الأمد في علم الفلك. في حين يمكن للبشر في كثير من الأحيان الحكم على المسافة بسبب رؤيتنا مجهرنا ، فإن المجرات خارج درب التبانة بعيدة جدًا لاستخدامها. ولأن المجرات تأتي في مجموعة واسعة من الأحجام الجوهرية ، فمن الصعب الحكم على بعدها. إنه مثل النظر إلى جبل بعيد ، حكم المرء على بعده مرتبط بحكم طوله ".
في الماضي ، أجرى علماء الفلك قياسات دقيقة للأجسام داخل الكون المحلي (أي الكواكب والنجوم المجاورة وعناقيد النجوم) من خلال الاعتماد على كل شيء من الرادار إلى الانزياح الأحمر - الدرجة التي يتحول بها طول موجة الضوء نحو الطرف الأحمر من الطيف. ومع ذلك ، كلما زادت مسافة الشيء ، زادت درجة عدم اليقين.
وحتى الآن ، فإن الأجسام التي تبعد بضعة آلاف من السنين الضوئية عن الأرض - أي داخل مجرة درب التبانة - تم قياس مسافاتها ضمن هامش خطأ واحد بالمائة. باعتبارها أكبر المشاريع الأربعة التي تشكل مسح Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) ، فإن ما يميز BOSS هو حقيقة أنه يعتمد في المقام الأول على قياس ما يسمى "التذبذبات الصوتية الباريون" (BAOs).
هذه هي تموجات دورية دقيقة في توزيع المواد الباريونية المرئية (أي العادية) في الكون. وأوضح دانيال آيزنشتاين:
يقيس BOSS تمدد الكون بطريقتين أساسيتين. الأول باستخدام تذبذبات باريون الصوتية (ومن هنا جاء اسم المسح). الموجات الصوتية التي تسافر في 400000 سنة الأولى بعد الانفجار الكبير تخلق مقياسًا مفضلاً لفصل أزواج المجرات. من خلال قياس هذا الفصل المفضل في عينة من العديد من المجرات ، يمكننا استنتاج المسافة إلى العينة.
"الطريقة الثانية هي قياس مدى اختلاف تجمع المجرات بين أزواج موجهة على طول خط الرؤية مقارنة بالمستعرض لخط البصر. يمكن أن يؤدي تمدد الكون إلى أن تكون هذه المجموعة غير متماثلة إذا استخدم المرء تاريخ التوسع الخاطئ عند تحويل الانزياحات الحمراء إلى مسافة. "
مع هذه القياسات الجديدة عالية الدقة للمسافة ، سيتمكن علماء الفلك BOSS من دراسة تأثير المادة المظلمة بدقة أكبر بكثير. قال آيزنشتاين ، "تختلف نماذج الطاقة المظلمة المختلفة في كيفية تسارع توسع الكون بمرور الوقت". "BOSS تقيس تاريخ التوسع ، مما يسمح لنا باستنتاج معدل التسارع. نجد نتائج متناسقة للغاية مع تنبؤات النموذج الثابت الكوني ، أي النموذج الذي تكون فيه الطاقة المظلمة ذات كثافة ثابتة بمرور الوقت ".
بالإضافة إلى قياس توزيع المواد الطبيعية لتحديد تأثير الطاقة المظلمة ، يعمل تعاون SDSS-III على رسم خريطة درب التبانة والبحث عن الكواكب خارج المجموعة الشمسية. تم قياس قياسات BOSS بالتفصيل في سلسلة من المقالات التي تم تقديمها إلى الدوريات من خلال تعاون BOSS الشهر الماضي ، وكلها متاحة الآن عبر الإنترنت.
و BOSS ليس هو الجهد الوحيد لفهم الهيكل واسع النطاق لكوننا ، وكيف شكلت كل قوىه الغامضة ذلك. في الشهر الماضي فقط ، أعلن البروفيسور ستيفن هوكينج أن مركز COSMOS للحوسبة الفائقة في جامعة كامبريدج سيعمل على إنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد أكثر تفصيلاً للكون حتى الآن.
بالاعتماد على البيانات التي تم الحصول عليها من بيانات CMB التي حصل عليها القمر الصناعي بلانك التابع لوكالة الفضاء الأوروبية والمعلومات من مسح الطاقة المظلمة ، يأملون أيضًا في قياس تأثير الطاقة المظلمة على توزيع المادة في الكون. من تعرف؟ في غضون سنوات قليلة ، قد نفهم جيدًا كيف تعمل جميع القوى الأساسية التي تحكم الكون معًا.
