استخدم علماء الكونيات من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ملاحظات تتحقق من الحقبة البعيدة للكون عندما كانت الذرات تتشكل لأول مرة للكشف عن الحركات بين البذور التي أدت إلى مجموعات المجرات. تظهر النتائج الجديدة حركة المادة الأولية في طريقها لتشكيل عناقيد المجرات والعناقيد الفائقة. تم الحصول على الملاحظات بأداة عالية في جبال الأنديز الشيلية المعروفة باسم تصوير الخلفية الكونية (CBI) ، وهي توفر ثقة جديدة في دقة النموذج القياسي للكون المبكر الذي حدث فيه التضخم السريع بعد لحظة وجيزة بعد الانفجار العظيم .
السمة الجديدة لملاحظات الاستقطاب هذه هي أنها تكشف بشكل مباشر عن بذور مجموعات المجرات وحركاتها عندما شرعوا في تشكيل المجموعات الأولى من المجرات.
في تقرير نُشر في 7 أكتوبر عبر الإنترنت من Science Express ، أستاذ علم الفلك في Caltech ، والمحقق الرئيسي في مشروع CBI ، يقول أنتوني ريدهيد وفريقه إن نتائج الاستقطاب الجديدة توفر دعمًا قويًا للنموذج القياسي للكون كمكان حيث المادة المظلمة والطاقة المظلمة أكثر انتشارًا من المادة اليومية كما نعرفها ، مما يطرح مشكلة كبيرة للفيزياء. وقد تم تقديم ورقة مصاحبة تصف ملاحظات الاستقطاب المبكر مع البنك المركزي العراقي إلى مجلة الفيزياء الفلكية.
نشأت الخلفية الكونية التي لاحظها CBI من العصر بعد 400000 سنة فقط من الانفجار الكبير وتوفر ثروة من المعلومات حول طبيعة الكون. في هذه الحقبة البعيدة لم يكن هناك أي من الهياكل المألوفة للكون - لم تكن هناك مجرات أو نجوم أو كواكب. وبدلاً من ذلك لم يكن هناك سوى تقلبات في الكثافة الضئيلة ، وكانت هذه البذور التي تشكلت منها المجرات والنجوم تحت يد الجاذبية.
وقد رصدت الأدوات التي سبقت البنك المركزي العراقي تقلبات في المقاييس الزاويّة الكبيرة ، المقابلة للكتل الأكبر بكثير من العناقيد الفائقة للمجرات. سمحت الدقة العالية للبنك المركزي العراقي ببذور الهياكل التي نلاحظها من حولنا في مجلة الفضاء للمرة الأولى في يناير 2000.
تبريد الكون المتوسع وبعد 400000 سنة من الانفجار العظيم كان باردًا بما فيه الكفاية لتجمع الإلكترونات والبروتونات لتكوين الذرات. قبل هذا الوقت ، لم يكن بإمكان الفوتونات أن تسافر بعيدًا قبل اصطدامها بإلكترون ، وكان الكون مثل الضباب الكثيف ، ولكن في هذه المرحلة أصبح الكون شفافًا ومنذ ذلك الوقت تدفقت الفوتونات بحرية عبر الكون للوصول إلى مقاريبنا اليوم ، بعد 13.8 مليار سنة. وبالتالي ، فإن رصدات خلفية الميكروويف توفر لقطة للكون ، حيث كان ذلك بعد 400000 سنة فقط من الانفجار العظيم - قبل تشكيل المجرات الأولى والنجوم والكواكب بوقت طويل.
تم جمع البيانات الجديدة من قبل CBI بين سبتمبر 2002 ومايو 2004 ، وتغطي أربع بقع من السماء ، تغطي مساحة إجمالية تبلغ ثلاثمائة مرة من حجم القمر وتظهر تفاصيل دقيقة فقط جزء صغير من حجم القمر. تستند النتائج الجديدة إلى خاصية للضوء تسمى الاستقطاب. هذه خاصية يمكن إثباتها بسهولة باستخدام زوج من النظارات الشمسية المستقطبة. إذا نظر المرء إلى الضوء المنعكس من البركة من خلال هذه النظارات الشمسية ثم أدار النظارات الشمسية ، يرى المرء الضوء المنعكس متفاوتًا في السطوع. هذا لأن الضوء المنعكس مستقطب ، والنظارات الشمسية المستقطبة تنقل الضوء الذي يتم محاذاة الاستقطاب بشكل صحيح مع النظارات. وبالمثل يلتقط البنك المركزي العراقي الضوء المستقطب ، وتفاصيل هذا الضوء هي التي تكشف حركة بذور عناقيد المجرات.
في الكثافة الكلية نرى سلسلة من القمم والوديان ، حيث القمم هي التوافقيات المتعاقبة لـ "نغمة" أساسية. في الانبعاث المستقطب نرى أيضًا سلسلة من القمم والوديان ، لكن القمم في الانبعاث المستقطب تتزامن مع الوديان في الكثافة الكلية ، والعكس بالعكس. وبعبارة أخرى ، فإن الانبعاث المستقطب لا يتناسب تمامًا مع الكثافة الإجمالية. تشير خاصية الانبعاث المستقطب التي لا تتناسب مع الكثافة الإجمالية إلى أن الانبعاثات المستقطبة تنشأ من حركة المادة.
أول اكتشاف للانبعاثات المستقطبة بواسطة مقياس التداخل ذو المقياس الزاوي (DASI) ، المشروع الشقيق للبنك المركزي العراقي ، في عام 2002 قدم دليلاً دراماتيكيًا على الحركة في الكون المبكر ، كما فعلت القياسات التي قام بها مسبار ويلكينسون للميكروويف متباين التباين (WMAP) في عام 2003 أعلنت نتائج البنك المركزي العراقي اليوم زيادة ملحوظة في هذه النتائج السابقة من خلال التوضيح مباشرة ، وعلى المقاييس الصغيرة المقابلة لمجموعات المجرات ، أن الانبعاثات المستقطبة لا تتناسب مع الكثافة الإجمالية.
تم إصدار بيانات أخرى عن الاستقطاب الخلفي للميكروويف قبل أسبوعين فقط من قبل فريق DASI ، الذي أظهرت نتائجه الثلاث سنوات دليلاً مقنعًا إضافيًا على أن الاستقطاب ناتج بالفعل عن الخلفية الكونية ولا يتلوث بالإشعاع من درب التبانة. وبالتالي ، فإن نتائج هذين المشروعين الشقيقين تكمل بعضها البعض بشكل جميل ، كما كانت نية ريدهيد وجون كارلستروم ، الباحث الرئيسي في DASI ومؤلف مشارك في ورقة CBI ، عندما خططوا لهذين الصكين قبل عقد من الزمن.
وفقًا لـ Readhead ، "لا يوجد في الفيزياء تفسير مُرضٍ للطاقة المظلمة التي تهيمن على الكون. تمثل هذه المشكلة أخطر تحد للفيزياء الأساسية منذ الثورات الكمومية والنسبية قبل قرن من الزمان. إن نجاح تجارب الاستقطاب هذه تعطي الثقة في قدرتنا على استكشاف التفاصيل الدقيقة للخلفية الكونية المستقطبة ، والتي ستلقي في النهاية الضوء على طبيعة هذه الطاقة المظلمة ".
يقول كارلستروم: "لقد فتح نجاح تجارب الاستقطاب هذه نافذة جديدة لاستكشاف الكون ، الأمر الذي قد يسمح لنا باستكشاف أول غرسات الكون من خلال رصد موجات الجاذبية من عصر التضخم".
يتم تحليل بيانات CBI بالتعاون مع مجموعات في المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي (NRAO) وفي المعهد الكندي للفيزياء الفلكية النظرية (CITA).
"إنها حقًا فترة مثيرة في البحث الكوني ، مع تقارب رائع بين النظرية والملاحظة ، وكون مليء بالأسرار مثل المادة المظلمة والطاقة المظلمة ، ومجموعة رائعة من التكنولوجيا الجديدة - هناك إمكانات هائلة للاكتشافات الأساسية هنا" يقول ستيف مايرز من NRAO ، وهو مؤلف مشارك وعضو رئيسي في فريق CBI منذ بدايته.
وفقًا لريتشارد بوند ، مدير وكالة CITA ومؤلف مشارك للصحيفة ، "كمنظّر في أوائل الثمانينيات ، عندما كنا نظهر لأول مرة أن حجم الاستقطاب في الخلفية الكونية للميكروويف سيكون على الأرجح عاملاً من مائة انخفاض في الطاقة من الاختلافات في درجة الحرارة الدقيقة التي كانت في حد ذاتها جهدًا بطوليًا لاكتشافها ، بدا تفكيرًا بالتمني أنه حتى في بعض المستقبلات البعيدة ، سيتم الكشف عن مثل هذه الإشارات الدقيقة. مع اكتشافات الاستقطاب هذه ، أصبح الراغبون حقيقة ، بفضل التقدم التكنولوجي الملحوظ في تجارب مثل CBI. لقد كان من دواعي امتيازنا في CITA أن نشارك بشكل كامل كأعضاء في فريق CBI في الكشف عن هذه الإشارات وتفسير أهميتها الكونية لما ظهر كنموذج قياسي لتكوين وتطور البنية الكونية.
ستتمثل الخطوة التالية لـ Readhead وفريقه في CBI في تنقيح ملاحظات الاستقطاب هذه بشكل كبير من خلال أخذ المزيد من البيانات ، واختبار ما إذا كان الانبعاث المستقطب لا يتناسب تمامًا مع الكثافة الإجمالية بهدف العثور على بعض الأدلة على الطبيعة للمادة المظلمة والطاقة المظلمة.
CBI عبارة عن صفيف تلسكوب ميكروويف يضم 13 هوائيًا منفصلاً ، يبلغ قطر كل منها حوالي ثلاثة أقدام ويعمل في 10 قنوات تردد ، يتم إعدادها في حفلة موسيقية بحيث تعمل الأدوات بأكملها كمجموعة من 780 مقياس تداخل. يقع CBI في Llano de Chajnantor ، وهي هضبة عالية في تشيلي على ارتفاع 16،800 قدم ، مما يجعله إلى حد بعيد الأداة العلمية الأكثر تطورًا على الإطلاق في مثل هذه الارتفاعات العالية. التلسكوب مرتفع للغاية ، في الواقع ، يجب على أعضاء الفريق العلمي حمل الأكسجين المعبأ في زجاجات للقيام بهذا العمل.
تم دعم ترقية CBI إلى قدرة الاستقطاب من خلال منحة سخية من معهد Kavli للتشغيل ، والمشروع أيضًا هو المتلقي بالامتنان للدعم المستمر من Barbara و Stanley Rawn Jr. كما يدعم CBI مؤسسة العلوم الوطنية ، تلقى معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا والمعهد الكندي للأبحاث المتقدمة أيضًا دعمًا سخيًا من ماكسين ورونالد ليندي وسيسيل وسالي درينوارد ومعهد كافلي للفيزياء الكونية في جامعة شيكاغو.
بالإضافة إلى العلماء المذكورين أعلاه ، تم تأليف ورقة Science Express اليوم من قبل C. Contaldi و J. L. Sievers من CITA ، J.K. Cartwright و S. Padin ، كلاهما من Caltech وجامعة شيكاغو ؛ B. S. Mason و M.Pospieszalski من NRAO ؛ C. Achermann، P. Altamirano، L. Bronfman، S. Casassus، and J. May all of the University of Chile؛ سي ديكنسون ، ج.كوفاك ، ت. جيه بيرسون ، وم. شيبرد من كالتيك ؛ هولزفيل من جامعة كاليفورنيا في بيركلي ؛ E. M. Leitch و C. Pryke من جامعة شيكاغو ؛ د. بوجوسيان من جامعة تورنتو وجامعة ألبرتا ؛ و R. Bustos ، R.Reeve ، و S. Torres من جامعة كونسيبسي ، شيلي.
المصدر الأصلي: نشرة أخبار Caltech
