بتطبيق علوم الكمبيوتر المتطورة على ثروة من البيانات الفلكية الجديدة ، أفاد باحثون من Sloan Digital Sky Survey (SDSS) اليوم بالكشف القوي الأول عن التضخيم الكوني على المقاييس الكبيرة ، وهو توقع لنظرية أينشتاين العامة للنسبية المطبقة على توزيع المجرات والمادة المظلمة والكوازارات البعيدة.
هذه النتائج ، المقبولة للنشر في مجلة الفيزياء الفلكية ، توضح بالتفصيل التشوهات الدقيقة التي يمر بها الضوء أثناء انتقاله من الكوازارات البعيدة عبر شبكة المادة المظلمة والمجرات قبل الوصول إلى المراقبين هنا على الأرض.
ينهي اكتشاف SDSS خلافًا دام عقدين من الزمن بين قياسات التكبير السابقة والاختبارات الكونية الأخرى للعلاقة بين المجرات والمادة المظلمة والهندسة الشاملة للكون.
أوضح الباحث الرئيسي ريان سكرانتون من جامعة بيتسبيرغ أن "تشويه أشكال المجرات الخلفية بسبب العدسات الجاذبية لوحظ لأول مرة منذ أكثر من عقد من الزمان ، ولكن لم يتمكن أحد من الكشف بشكل موثوق عن جزء التكبير من إشارة العدسة".
بينما يقوم الضوء برحلته التي تستغرق 10 مليارات سنة من كوازار بعيدة ، فإنه ينحرف ويركز على سحب الجاذبية للمادة المظلمة والمجرات ، وهو تأثير يُعرف باسم عدسة الجاذبية. قاس باحثو SDSS بشكل قاطع السطوع الطفيف أو "تكبير" الكوازارات وربط التأثير بكثافة المجرات والمادة المظلمة على طول مسار ضوء الكوازار. اكتشف فريق SDSS هذا التكبير في سطوع 200،000 كوازار.
في حين أن العدسة الجاذبية هي توقع أساسي للنسبية العامة لأينشتاين ، فإن اكتشاف تعاون SDSS يضيف بُعدًا جديدًا.
وأوضح بوب نيكول ، المتعاون مع SDSS في جامعة بورتسماوث (المملكة المتحدة) ، أن "مراقبة تأثير التكبير هو تأكيد مهم للتنبؤ الأساسي لنظرية أينشتاين". "كما أنه يمنحنا فحصًا دقيقًا للاتساق على النموذج القياسي الذي تم تطويره لشرح تفاعل المجرات وعناقيد المجرات والمادة المظلمة."
يحاول الفلكيون قياس هذا الجانب من العدسة التثاقلية منذ عقدين. ومع ذلك ، فإن إشارة التكبير هي تأثير صغير جدًا - صغير مثل زيادة قليلة في الضوء القادم من كل كوازار. يتطلب اكتشاف مثل هذا التغيير الصغير عينة كبيرة جدًا من النجوم الزائفة مع قياسات دقيقة لسطوعها.
أضاف بريس مينارد ، الباحث في قسم علوم البيئة: "في حين أبلغت العديد من المجموعات عن اكتشافات للتضخم الكوني في الماضي ، لم تكن مجموعات بياناتها كبيرة بما يكفي أو دقيقة بما يكفي للسماح بقياس نهائي ، وكان من الصعب التوفيق بين النتائج وعلم الكونيات القياسي". معهد الدراسات المتقدمة في برينستون ، نيوجيرسي.
جاء هذا الإنجاز في وقت سابق من هذا العام باستخدام عينة تمت معايرتها بدقة من 13 مليون مجرة و 200.000 كوازار من كتالوج SDSS. حلت البيانات الرقمية الكاملة المتاحة من SDSS العديد من المشاكل التقنية التي ابتليت بها محاولات سابقة لقياس التكبير. ومع ذلك ، كان مفتاح القياس الجديد هو تطوير طريقة جديدة للعثور على النجوم الزائفة في بيانات SDSS.
وأوضح جوردون ريتشاردز من جامعة برينستون: "لقد أخذنا أحدث الأفكار من عالم علوم الكمبيوتر والإحصاءات وطبّقناها على بياناتنا".
وأوضح ريتشاردز أنه باستخدام تقنيات إحصائية جديدة ، تمكن علماء SDSS من استخراج عينة من الكوازارات أكبر بعشر مرات من الطرق التقليدية ، مما يسمح بالدقة غير العادية المطلوبة للعثور على إشارة التكبير. وخلص ريتشاردز إلى القول: "لم يكن بالإمكان إجراء اكتشافنا الواضح لإشارة العدسة بدون هذه التقنيات".
دفعت الملاحظات الأخيرة للتوزيع الواسع النطاق للمجرات والخلفية الكونية الميكروية والمستعرات الأعظمية البعيدة علماء الفلك إلى تطوير "نموذج قياسي" لعلم الكونيات. في هذا النموذج ، تمثل المجرات المرئية جزءًا صغيرًا فقط من كل كتلة الكون ، والباقي مصنوع من مادة مظلمة.
لكن التوفيق بين القياسات السابقة لإشارة التكبير الكوني مع هذا النموذج يتطلب إجراء افتراضات غير معقولة حول كيفية توزيع المجرات بالنسبة للمادة المظلمة السائدة. أدى هذا بالبعض إلى استنتاج أن الصورة الكونية الأساسية كانت غير صحيحة أو على الأقل غير متسقة. ومع ذلك ، تشير نتائج SDSS الأكثر دقة إلى أن مجموعات البيانات السابقة لم تكن على الأرجح في مستوى تحدي القياس.
قال سكرانتون: "بفضل بيانات الجودة من SDSS وطريقتنا الأفضل بكثير لاختيار الكوازارات ، فقد وضعنا هذه المشكلة في مكانها". "إن قياسنا يتفق مع بقية ما يقوله لنا الكون ويتم حل الخلاف المزعج".
قال أندرو كونولي: "الآن بعد أن أثبتنا أنه يمكننا إجراء قياس موثوق للتضخم الكوني ، فإن الخطوة التالية ستكون استخدامه كأداة لدراسة التفاعل بين المجرات والمادة المظلمة والضوء بتفاصيل أكبر بكثير". من جامعة بيتسبرغ.
المصدر الأصلي: بيان صحفي SDSS
