الفلك

تبقى المجرات في نفس المكان ولكن الفضاء هو الذي يقسم المجرات عن بعضها

تبقى المجرات في نفس المكان ولكن الفضاء هو الذي يقسم المجرات عن بعضها


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تبقى المجرات في نفس المكان ولكن الفضاء هو الذي يقسم المجرات عن بعضها. هل فهمي صحيح؟

حسب فهمي. تتحرك المجرات متباعدة بسرعة عالية بسبب زيادة المساحة بين المجرات (أي يتم إنشاء فضاء جديد بين المجرات التي تدفع المجرات بعيدًا عن بعضها). لهذا السبب يقال أن كل نقطة في الكون هي مركز الكون لأنه بعد إنشاء الفضاء الكبير بين المجرات وبدأت في فصل المجرات بعيدًا.

هل فهمي صحيح؟


تفاعل المجرات

مجرات الفئران

ركز المشروعان اللذان قمت بهما في درجة الماجستير و # 8217s بشكل أساسي على تفاعلات المجرة. لذلك فكرت في كتابة فقرة عليها.

عندما بدأ هابل في تصنيف المجرات ، قام بتقسيمها إلى 4 مجموعات كما ناقشنا أعلاه. ولكن في وقت لاحق ، مع إجراء المزيد من الملاحظات باستخدام تلسكوبات أفضل ، تم أيضًا اكتشاف العديد من & # 8216 مجرات غريبة & # 8217. معظمهم لم يتناسب جيدًا مع مخطط تصنيف Hubble & # 8217s. كان كتالوج Arp للبروفيسور هالتون آرب كتالوجًا خاصًا لمثل هذه المجرات الغريبة. (يمكنك أن تقرأ عن مشروعي في كتالوج Arp هنا). تم تناول جزء كبير من هذه المجرات متفاعلة مع المجرات. في الخمسين عامًا الماضية ، تم إجراء الكثير من الأبحاث لمعرفة ما يحدث عندما تتفاعل مجرتان أو تندمجان مع بعضهما البعض.

Arp 148 هي النتيجة المذهلة لمواجهات بين مجرتين ، مما أدى إلى مجرة ​​على شكل حلقة ورفيق طويل الذيل. أدى الاصطدام بين المجرتين الأم إلى تأثير موجة الصدمة التي جذبت المادة في البداية إلى المركز ثم تسببت في انتشارها للخارج في حلقة.

إذا جاءت مجرة ​​بالقرب من مجرة ​​أخرى ، فإنها تبدأ & # 8216 الشعور & # 8217 تأثيرات الجاذبية. تغير قوى المد والجزر التي تعمل على هذه المجرات شكلها. في معظم الحالات ، تبدأ ذيول المد والجزر بالتشكل ، كما هو موضح في حالة مجرات الفئران أعلاه. التأثير الرئيسي لتفاعلات المجرات هو على معدل تشكل النجوم. لقد ثبت أن تفاعلات المجرات تؤدي إلى زيادة معدل تكوين النجوم. هذا التعزيز هو الحد الأقصى في حالة دمج المجرات. مثال كلاسيكي على الاندماجات هو NGC 4038 (مجرات الهوائيات) المبين أدناه.

الصورة: ناسا ، إيسا ، هابل

تُرى سحب الغاز باللون الوردي والأحمر الفاتح ، وتحيط بالومضات الساطعة لمناطق تشكل النجوم الزرقاء - بعضها محجوب جزئيًا ببقع داكنة من الغبار. معدل تشكل النجوم مرتفع للغاية لدرجة أن مجرات الهوائيات يقال إنها في حالة انفجار نجمي ، وهي الفترة التي يتم فيها استخدام كل الغاز داخل المجرات لتشكيل النجوم. لا يمكن أن يستمر هذا إلى الأبد ولا يمكن أن تتحد المجرات المنفصلة في النهاية ، وستبدأ المجرات في الانسحاب معًا كمجرة بيضاوية واحدة كبيرة.


خلاصة: المادة المظلمة ودوران المجرة

في أواخر سبعينيات القرن الماضي ، لاحظ عالما الفلك فيرا روبين وكينت فورد من معهد كارنيجي أكثر جيراننا شهرة في المجرة: مجرة ​​أندروميدا. وعندما فعلوا ذلك ، اكتشفوا أن المجرة لم تكن تدور بالطريقة التي توقعوها. في نظامنا الشمسي ، تدور الكواكب حول الشمس بمعدلات مختلفة. يتحرك عطارد القريب بشكل أسرع بكثير من نبتون البعيد. ومع ذلك ، في أندروميدا ، تتحرك الأشياء المرئية على الحافة الخارجية للمجرة بنفس سرعة الأشياء التي تدور بالقرب من قلب المجرة.

كان روبن وفورد في حيرة من أمرهما. كان هذا يعني أن مجرة ​​المرأة المسلسلة يجب أن تكون مشبعة بكميات هائلة من المادة غير المرئية ، وتمتد بعيدًا عن مركز المجرة & # x27s. في النهاية ، تبين أن اكتشافهم هو أول دليل مباشر على المادة المظلمة.

على مدى العقود التالية ، أدرك علماء الفلك أن كل مجرة ​​بدت وكأنها مليئة بالمادة المظلمة ، وهي مادة لا تتفاعل مع المادة العادية أو الضوء ، إلا من خلال قوة الجاذبية. بعد ذلك ، في عام 2018 ، وجد الباحثون بقيادة بيتر فان دوكوم من جامعة ييل مجرة ​​شبحية غريبة تسمى NGC 1052-DF2 يبدو أنها تحتوي على القليل جدًا من المادة المظلمة ، إن وجدت.

"اعتقدنا أن كل مجرة ​​بها مادة مظلمة وأن المادة المظلمة هي كيف تبدأ المجرة ،" قال فان دوكوم في بيان صحفي بعد الاكتشاف. & quot هذه المادة الغامضة غير المرئية هي الجانب الأكثر انتشارًا في أي مجرة. لذا فإن العثور على مجرة ​​بدونها أمر غير متوقع. إنه يتحدى الأفكار القياسية لكيفية عمل المجرات ، ويظهر أن المادة المظلمة حقيقية: لها وجودها المنفصل بصرف النظر عن المكونات الأخرى للمجرات. & quot

بعد بضعة أشهر فقط ، اكتشف فان دوكوم وفريقه مجرة ​​ثانية بدون أي مادة مظلمة ملحوظة: NGC 1052-DF4. ومثل NGC 1052-DF2 ، أثارت هذه المجرة شديدة الانتشار الكثير من الدهشة في المجتمع الفلكي.

كان أحد النقاد عالم الفلك إجناسيو تروخيو من معهد أستروفيسيكا دي كانارياس في إسبانيا.

& quot؛ الشيء الذي لفت انتباهي في وقت مبكر جدًا هو حقيقة أن المجرة [DF2] لم تكن شاذة فقط لعدم احتوائها على مادة مظلمة ، ولكن أيضًا لوجود عدد غير عادي من المجموعات الكروية اللامعة ، كما أخبر تروجيلو علم الفلك. & quot أتذكر التفكير: & # x27 تشوهان في نفس الوقت يبدو حقًا غريبين. & # x27 & quot

NGC1052-DF2 ، المصور هنا بواسطة تلسكوب هابل الفضائي ، هي مجرة ​​كبيرة ، لكنها منتشرة للغاية يعتقد أنها تحتوي على كمية ضئيلة من المادة المظلمة. ناسا / وكالة الفضاء الأوروبية / ب. فان دوكوم (جامعة ييل)

ولكن بعد عودة أكاديمية ، حيث قام تروخيو وفان دوكوم بتبادل الطلقات في شكل أوراق بحثية ، فإن الإجابة على ما إذا كانت هذه المجرات تفتقد حقًا للمادة المظلمة الخاصة بها لا تزال غير مؤكدة.


العناقيد الفائقة

العناقيد الفائقة
ظاهرة التجمُّع لا تتوقف عند المجرات. تجذب مجموعات المجرات بعضها البعض لإنتاجها التجمعات العملاقة من عشرات إلى مئات المجموعات.

العناقيد الفائقة المجرات من مسح الانزياح الأحمر 2dF - II. مقارنة مع المحاكاة ص. 397
J. Einasto، M. Einasto، E. Saar، E. Tago، LJ Liivam gi، M.J eveer، I. Suhhonenko، G. H tsi، J. Jaaniste، P. Hein m ki et al . (3 أكثر)
DOI:.

العناقيد الفائقة والفراغات
بعد أن اكتشف علماء الفلك عناقيد المجرات ، تساءلوا بطبيعة الحال عما إذا كانت لا تزال هناك هياكل أكبر في الكون. هل تتجمع مجموعات المجرات معًا؟ للإجابة على هذا السؤال ، يجب أن نكون قادرين على رسم خريطة لأجزاء كبيرة من الكون في ثلاثة أبعاد.

(يا له من اسم ذكي - يبدو وكأنه بطل خارق).

كبيرة جدًا وضخمة جدًا:
التوزيع من 10 إلى 100 مليون بالثانية
كتلة حوالي 100،000،000،000،000،000 مرة من كتلة الشمس (سأستخدم الترميز العلمي هنا ، لكن الرقم غير المحرر هو أكثر دراماتيكية!).

هي من بين أكبر الهياكل في الكون المعروف.
إنها تتكون من مجموعات ، مثل مجموعتنا المحلية ، التي تحتوي على عشرات المجرات ، وعناقيد ضخمة تحتوي على مئات المجرات ، وكلها مترابطة في شبكة من الخيوط.

ليست أنظمة مسترخية - وهذا يعني أنها لا تزال تتوسع مع الكون ، بينما يُعتقد (بشكل عام) أن المجموعات والعناقيد مرتبطة ببعضها البعض من خلال الجاذبية المتبادلة للمجرات الموجودة فيها وبالتالي لم تعد تتوسع مع الكون.

من المجرات مرتبة في هياكل تشبه الصفائح أو الجدران ، وتحيط بها فراغات وخيوط في بنية الكون واسعة النطاق. تتسبب الجدران والفراغات والخيوط معًا في تشابه بنية الكون واسعة النطاق مع فقاعات الرغوة.

حيث تجتمع الجدران المختلفة. تعد مجموعة Virgo supercluster مكانًا واحدًا فقط حيث تلتقي كل هذه الجدران المختلفة معًا.
فريزر: حسنًا ، سأحتاج إلى نوع من القياس. أنا أفكر في الجدران.
باميلا: جبنة سويسرية.

تحتوي على عشرات الآلاف من المجرات ، والتي توجد في مجموعات ومجموعات وأحيانًا بشكل فردي. على نطاق العنقود الفائق ، يتم ترتيب المجرات في صفائح وخيوط تحيط بالفراغات الفارغة الشاسعة.

داخل الكون القريب ، مع Laniakea موضحة باللون الأصفر. الصورة عبر ويكيميديا ​​كومنز.
خلاصة القول: كلمة عن مجرتنا درب التبانة داخل المجموعة المحلية وخارجها.
يشارك .

قد تحتوي على نفس القدر
ريال مثل 10000 أو أكثر من مجرات درب التبانة وتمتد
على مدى مئات الملايين من السنين الضوئية.

هل يحتوي الكون على تجمعات أكبر من المادة ، أم أن عناقيد المجرات تتصدر التسلسل الهرمي الكوني؟ يعتقد معظم علماء الفلك أن عناقيد المجرات نفسها تتجمع ، وتشكل تكتلات عملاقة من المادة المعروفة باسم

أول.
يعطي ليرنر مثالاً عن خيوط أو صفائح تفصل بينها 150 مليون سنة ضوئية في الشكل 1.1 ، ثم يؤكد أن المادة يجب أن تسافر 270 مليون سنة ضوئية لتكوين الهيكل. من الواضح أن 75 مليون سنة ضوئية ستفي بالغرض.

تشكلت في بدايات الكون عندما تجمعت المادة معًا تحت تأثير الجاذبية.

تم تحديد هذه الاضطرابات الجماعية الكبيرة اليوم على أنها أكبر الاضطرابات المعروفة

من المجرات. ثم ينتج عن التبريد والتفتت اللاحقين داخل اضطراب الكثافة الكلية عناقيد مجرات أصغر حجمًا (كتلتها 1014-1015 م).

. يوجد حوالي 100 مجموعة مجرات في عنقود العذراء الفائق وتقع في قطر يبلغ 110 مليون سنة ضوئية.

يمكن أن تصل إلى أحجام هائلة تصل إلى عدة مئات من ملايين السنين الضوئية وغالبًا ما يتم وضعها جنبًا إلى جنب مع الفراغات الكبيرة في الفضاء حيث توجد عدد قليل من المجرات.

باستخدام قوة قانون هابل لقياس المسافات لأعداد كبيرة من المجرات ، يمكننا التحقيق في توزيع هذه الأجسام في الكون. حتى الآن ، نظرنا فقط في بعض الأمثلة القريبة: المجموعة المحلية و Virgo Cluster.

تميل مجموعات المجرات نفسها إلى التجمع في

. مثال على ذلك هو مجموعة المجرات العذراء القريبة نسبيًا (20 Mpc) ، وقطرها حوالي 4 Mpc وتحتوي على حوالي 2000 مجرة ​​، معظمها أقزام. كتلة أخرى مهمة هي كتلة الغيبوبة.

على الرغم من أننا تحدثنا عن التجميع الهرمي بشكل حصري تقريبًا في سياق تكوين المجرات ، إلا أنه يعد أيضًا آلية مهمة على نطاقات أكبر بكثير - تلك الخاصة بالعناقيد المجرية و

. تتشكل هذه الهياكل مرة أخرى عن طريق دمج المكونات الأصغر.

ثم يتم تجميع المجموعات معًا في

يتم ترتيبها في صفائح بها فراغات ضخمة بينهما ، وهذه المادة في الكون مرتبة في بنية خيطية.
الصفحة الرئيسية كتاب الفضاء.

ثم تشكل أسطحًا مثل أسطح الفقاعات ، مع وجود فراغات افتراضية بينها (Margaret J. Geller، John P. Huchra and Valerie De Lapparen، 1986). في عام 1989 ، اكتشف جيلر وهوشرا هذا "السور العظيم" ، وهو عبارة عن صفيحة من المجرات تمتد لما لا يقل عن 500 مليون سنة ضوئية ، وربما أكثر من ذلك.

الهياكل واسعة النطاق ، مثل المجرات والعناقيد و

، تم وضع أطرهم في السحب الأولية العملاقة للغاز. عندما تشكلت النجوم في نفس المنطقة المجاورة ، أصبحت مرتبطة بالجاذبية ، وتشكلت المجرات وعناقيد المجرات.

العنقود المجري هو جزء من الجدار العظيم للعناقيد

، أكبر هيكل معروف في الكون. ترتبط المجرتان اللولبيتان بأذرعهما الدوامة. يقع Arp 272 على بعد 450 مليون سنة ضوئية من الأرض وهو رقم 272 في أطلس Arp للمجرات الغريبة.

فراغ كبير ، منطقة فارغة نسبيًا من الكون حولها

المجرات منظمة.
مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية
60 جاردن ستريت ، كامبريدج ، ماساتشوستس 02138 الولايات المتحدة الأمريكية
الهاتف: 617.496.7941 الفاكس: 617.495.7356.

تعمل الجاذبية أيضًا على تجميع مليارات النجوم في مجرات وتجميع المجرات في عناقيد و

، كما يتسبب الجاذبية أيضًا في تجمع معظم المجرات على طول هياكل كثيفة شبيهة بالخيوط تتكون من المادة المظلمة ، مع وجود فراغات هائلة بين الخيوط.

تشكل الكتلة ، جنبًا إلى جنب مع مجموعة الغيبوبة (أبيل 1656) ، قلب العنقود الفائق للغيبوبة ، وهو أقرب عنقود فائق إلى عنقودنا الفائق من برج العذراء وقلب السور العظيم ، وهو عبارة عن خيوط ضخمة من مجموعات المجرات و

يبلغ طوله 500-750 مليون سنة ضوئية ويُقال إنه أحد أكبر الهياكل.

الأشياء متشابهة إلى حد كبير في المقاييس الأكبر ، حيث يتم فصل المجرات بأحجام من الفضاء مليئة بالغاز والغبار. على نطاق واسع ، حيث توجد مجموعات المجرات و

موجود ، لديك شبكة ضعيفة من الهياكل واسعة النطاق تتكون من خيوط كثيفة من المادة وفراغات كونية عملاقة.

يقع The Local Group في خيط صغير على مشارف العنقود الفائق. ويعتقد أن

يمكن أيضًا ترتيبها في هياكل أكبر تسمى الجدران (مثل سور سلون العظيم ، الذي يبلغ طوله حوالي 1.5 مليار سنة ضوئية) ،.

توزع المادة في الكون على أكبر المقاييس ، من مجموعات وعناقيد المجرات إلى

من المجرات.
خط العرض
المسافة الزاوية شمال أو جنوب الجسم تقاس من خط الاستواء.

الفراغات - تم العثور على مناطق كبيرة من الفضاء الفارغ وسط مجموعات المجرات و

.
المواد المتطايرة - المركبات الكيميائية التي تصبح غازية عند درجات حرارة منخفضة للغاية.

الفراغات. مناطق هائلة من الفضاء الفارغ نسبيًا بين المجرة

.
المواد المتطايرة. المركبات الكيميائية الغازية في درجات حرارة منخفضة.
مقدار. مقدار المساحة التي يشغلها الجسم أو السوائل.

مجموعة المجرات:
مجموعة من المجرات المتجاورة جسديًا والمترابطة جاذبيًا. على الأقل جميع المجرات تقريبًا هي أعضاء في مجموعات صغيرة (مثل مجموعتنا المحلية) أو مجموعات كبيرة من المجرات (مثل عنقود المجرات العذراء). تميل مجموعات المجرات إلى التكون

النجم عبارة عن كرة ضخمة ومضيئة من البلازما تتماسك معًا بفعل جاذبيتها. أقرب نجم إلى الأرض هو الشمس ، وهي مصدر معظم الطاقة على الأرض.
s ، معظم النجوم في المجرات ، معظم المجرات إلى عناقيد ،


كسرها

MUSE هي أداة قوية تقسم الصور التي تراها إلى 24 وحدة أصغر تسمى الحقول الفرعية. يشبه الأمر وضع شبكة على صورة مجرة ​​لتقسيمها إلى 24 صندوقًا. يرسل كل صندوق من هذه المربعات الضوء إلى جهاز قياس الطيف ، والذي يكسر الضوء عن طريق الطول الموجي للحصول على معلومات مثل التركيب والحركة ، بما في ذلك السرعة والاتجاه. بدلاً من بصق الخصائص العالمية ، أو مجرد معلومات أساسية عن الهالة ككل ، تتيح هذه التقنية للفلكيين تكبير أجزاء معينة من الهالة للبحث عن الاختلافات في الغاز.

بناءً على ملاحظاتهم ، سيدرس فريق كلايسنس الآن علم الحركة ، أو الحركة ، وخصائص أخرى للغاز ، ليس فقط ككل ، ولكن عبر الهالة. هذا مهم ، لأن الفريق يمكنه معرفة ما إذا كان للغاز نفس التركيب والحركة في جميع أنحاء الهالة ، أو ما إذا كان يختلف باختلاف المسافة أو الموقع حول المجرة.

مثل هذه المعلومات ، بدورها ، ستخبر علماء الفلك بالمزيد عن كيفية تشكل المجرات وتطورها ، بما في ذلك كيف يمكن أن تفقد أو تكتسب أو تشارك المواد من خلال هذه الأكفان الضخمة من الغاز.


تبقى المجرات في نفس المكان ولكن الفضاء هو الذي يقسم المجرات عن بعضها - علم الفلك

كنت في صفحة APOD ، وصورة اليوم تصادم مجرتين.

سؤالي كيف تصطدم المجرات؟ إذا بدأت الأشياء في الانفجار العظيم - الابتعاد عن كل شيء آخر - فما الذي يجعل كتلة بحجم مجرة ​​تغير اتجاهها وتنتقل إلى مجرة ​​أخرى؟

من المثير للاهتمام أن تطرح سؤالاً حول تلك الصورة. تم التقاطها بكاميرا الأشعة تحت الحمراء واسعة المجال (WIRC) في مرصد بالومار. تم بناء تلك الكاميرا من قبل علماء الفلك هنا في كورنيل وشارك صديق عزيز في الملاحظات التي التقطت فيها تلك الصورة.

على أي حال ، من الطبيعي جدًا أن تصطدم المجرات على الرغم من أن الكون يتمدد - على الرغم من أنني أستطيع أن أرى لماذا قد تشعر بالارتباك حيال ذلك. ما يحدث هو أن هناك معركة بين قوى الجاذبية بين المجرتين (التي تحاول جمعهما معًا) وتوسع الكون (الذي يحاول فصلهما عن بعضهما البعض). مع المجرات التي تبدأ قريبة جدًا من بعضها ، غالبًا ما تكون الجاذبية هي التي تفوز ، لذلك في النهاية ستصطدم المجرات. سيحدث هذا على الأرجح لمجرة درب التبانة ومجرة المرأة المسلسلة (أقرب جار كبير لنا) في غضون بضعة مليارات من السنين.

شكرا لك كارين على وقتك ، متابعة سريعة واحدة إذا كنت ترغب في ذلك. عندما تصطدم المجرات ، فإن نهايتها أو أنها تختلط لتكوين مجرة ​​واحدة كبيرة.

يُعتقد أنه عندما يصطدم حلزونان كبيران ، فإن النتيجة النهائية هي شكل بيضاوي ، وأن التفاعلات مع المجرات الصغيرة هي في الواقع ما يصنع الأنماط الحلزونية في المجرات الحلزونية الكبيرة. لقد أصبحت فكرة أن مورفولوجيا المجرة تتغير كثيرًا على مدار حياتها لأنها تتفاعل مع المجرات الأخرى. لاحظ أنه في تصادم المجرات لا تصطدم النجوم.

تم آخر تحديث لهذه الصفحة في 27 يونيو 2015

عن المؤلف

كارين ماسترز

كانت كارين طالبة دراسات عليا في جامعة كورنيل من 2000-2005. واصلت العمل كباحثة في استطلاعات المجرات للانزياح الأحمر في جامعة هارفارد ، وهي الآن عضوة في الكلية في جامعة بورتسموث في بلدها الأم في المملكة المتحدة. ركزت أبحاثها مؤخرًا على استخدام مورفولوجيا المجرات لإعطاء أدلة على تكوينها وتطورها. هي عالمة المشروع لمشروع Galaxy Zoo.


الدليل الغريب ، ولكن الحقيقي ، على "العمل المخيف" عن بعد (Kavli Hangout)

ما نوع الكون الذي نعيش فيه؟ ربما قدم الفيزيائي الهولندي رونالد هانسون أفضل إجابة حتى الآن - ولن يعجب ألبرت أينشتاين.

يدور السؤال حول ظاهرة تسمى التشابك الكمي ، والتي تتنبأ بأن تغيير أحد الجسيمات يغير الآخر على الفور - حتى لو كانا على جانبي المجرة ، على بعد 100000 سنة ضوئية.

أطلق أينشتاين على هذه الفكرة اسم "عمل مخيف عن بعد". ورفضها ، بحجة أنه لا شيء يمكن أن يتحرك أسرع من الضوء ، لذا فإن التشابك لا يمكن أن يكون حقيقيًا. بدلاً من ذلك ، اقترح أن "العوامل المحلية" غير المعروفة يجب أن تحدد الخصائص الغريبة لما يسمى بالجسيمات المتشابكة.

فكيف أثبت هانسون خطأه؟ قام بفصل زوج من الجسيمات المتشابكة بعيدًا بما يكفي بحيث لا تستطيع القوى المحلية العمل على كليهما في نفس الوقت ، وقاس خصائصهما ، ووجد أن خصائص الجسيمات مترابطة.

إنه أقوى دليل على نظرية الكم حتى الآن ، ويثير جميع أنواع الأسئلة حول طبيعة الكون. طرحت مؤسسة كافلي بعض هذه الأسئلة على رونالد هانسون وريناتو رينر ، عالم الفيزياء النظرية الذي يدرس التشفير الكمي ، في جلسة Hangout على Google+. (شاهد الفيديو الأصلي.) فيما يلي نسخة منقحة من محادثتهم.

رونالد هانسون هو أستاذ في قسم علم النانو الكمومي في جامعة دلفت للعلوم والتكنولوجيا وعضو في معهد كافلي لعلم النانو بالمدرسة. لقد أجرى أقوى اختبار للتشابك الكمي حتى الآن.

ريناتو رينر يرأس المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا (ETH) ، ومعهد زيورخ للفيزياء النظرية ومجموعة نظرية المعلومات الكمية (QIT). إنه رائد في تطبيق فيزياء الكم على أمن البيانات.

مؤسسة كافلي: اسمحوا لي أن أبدأ بسؤال واضح. ماذا نعني عندما نقول أن الجسيم متشابك؟ عندما أنسج أصابعي معًا ، هل تتشابك؟ هل هذا ما نتحدث عنه؟

رونالد هانسون: التشابك ونظرية فيزياء الكم تختلف حقًا عن ذلك. إذا تشابكت الجسيمات ، فإنها تفقد هويتها. لذا قبل أن يتشابكوا ، يمكنك تخصيص خصائص معينة لهم. يمكن أن يكون لديهم قيم محددة. ولكن بمجرد أن يتشابكوا ، يصبح لديهم الآن هوية فقط معًا ككل. الشيء الغريب هو أن رابطة التشابك هذه تبقى هناك حتى لو قمت بفصل الجسيمات عن بعضها. لذا حتى عندما تضع هذه الجسيمات على جوانب متقابلة من المجرة ، فإنها سوف تتصرف كما لو كانت في الواقع جسيمًا واحدًا.

TKF: ريناتو ، هل هذا إلى حد كبير ما تراه؟

ريناتو رينر: هذا تفسير لطيف للغاية ، ويتضمن أشياء معينة تعلمناها بعد أن أدلى أينشتاين بملاحظاته حول التواصل الأسرع من الضوء. جادل بأن لا شيء يتحرك أسرع من الضوء ، وبالتالي لا يمكن للجسيمات المنفصلة التواصل مع بعضها البعض.

شيء واحد تعلمناه هو أن الجسيمات المتشابكة تفقد هويتها. في الواقع ، حتى أنهم يفقدون ممتلكاتهم. لم يعد بإمكانك القول أن للجسيم المتشابك خاصية معينة ومحددة. على سبيل المثال ، قبل أن يتشابك الجسيم ، ربما كان الجسيم يدور لأعلى أو لأسفل. بمجرد تشابكه ، فإنه يفقد هذه الخاصية. [حلم أينشتاين غير المكتمل: الزواج من النسبية إلى عالم الكم]

هذا شيء لا تجده في العالم الكلاسيكي. إنها خاصية خاصة للعالم الكمي ، وشيء علينا أن نتعلم قبوله بطريقة ما.

TKF: كيف يحدث التشابك بالفعل؟ هل هناك آلية فيزيائية تربط هذه الجسيمات ببعضها البعض؟ أعني كيف ستبدو؟ هل لدينا اي فكرة؟

RH: لا يحدث التشابك تلقائيًا. يتطلب التفاعل بين الجسيمات. لذلك يجب أن يكون الجسيمان إما قريبين من بعضهما البعض ، أو يجب عليهما التفاعل مع جزء ثالث أو رابع ، وهي تقنية استخدمناها في تجاربنا. لكن علينا أن نؤسس بعض الارتباط من خلال القوانين الفيزيائية المعتادة التي نعرفها.

الشيء الغريب هو أنه بمجرد أن يتم إثبات هذا التشابك ، فإنه سيبقى هناك. إذن - بدون أي تفاعل ، بدون أي حبل يربط بين الجسيمين ، بدون أي شيء - يمكنك فصلهما عن بعضهما وسيستمر التشابك. إنها حقًا حالة الجسيم. لا علاقة له بالقوانين الفيزيائية أو الديناميكيات.

TKF: ومع ذلك فهم متصلون.

RH: نعم ، عندما نجري تجارب ، تبدو متصلة. لكن ربما يجب علينا أن نتأهل لذلك. إنها متصلة بمعنى أنه إذا أخذنا قياسًا لأحدها ، فإنه يرتبط بقياس من جهة أخرى ، على الرغم من إمكانية إجراء القياسات بسرعة كبيرة بحيث لا يوجد وقت للاتصال بين الجسيمات.

TKF: يشير هذا إلى أنه يمكننا التواصل بسرعة تفوق سرعة الضوء ، أليس كذلك؟ يبلغ عرض المجرة 100 ألف سنة ضوئية ، لكن هذا يحدث على الفور. إذن ، هل يتحرك شيء أسرع من الضوء؟

ر.ر .: لا. لا شيء يتحرك أسرع من الضوء. بالطبع ، التفسير الأول الذي يمكن أن نتوصل إليه هو أن الأمر يتطلب شيئًا ما يتحرك أسرع من الضوء لشرح هذا السلوك. ولكن بعد ذلك عندما تفكر بشكل أعمق ، تدرك أنه قد تكون هناك تفسيرات أخرى.

على سبيل المثال ، قلنا للتو أن الجسيمات المتشابكة تفقد خصائصها الفردية. لكن دعنا نفترض للحظات أنه لا يزال لديهم ممتلكاتهم. عندها سيكون التفسير الوحيد حقًا أن شيئًا ما يتحرك أسرع من الضوء.

لكن دعونا نفكر في الأمر بطريقة مختلفة ، ونقول ببساطة إنهم لا يمتلكون هذه الخصائص. تظهر هذه الخصائص فقط عندما نلاحظها. ثم لا يوجد سبب للتفكير في آلية فيزيائية تنقل المعلومات حول خاصية أحد الجسيمات إلى الجسيم الآخر ، لأنه لا يمتلك أي من الجسيمين تلك الخاصية للتواصل. يظهر العقار فقط في الوقت الذي نلاحظه فيه.

TKF: إذا لم تكن هذه مسألة اتصال ، فهل تشير إلى شيء ما حول بنية الكون؟ بمعنى آخر ، ما الذي يجعل هذا السلوك ممكنًا؟ هل لدينا أي دليل؟ هل نعرف حتى أين ننظر؟

RH: أعتقد أن هذا سؤال جيد وعميق. يتلخص الأمر في ما كان آينشتاين يحاول القيام به ، إيجاد نظرية تحت ميكانيكا الكم تكون أكثر بديهية في عالمنا.

أعتقد أنه من العدل أن نقول إن الناس ما زالوا يناقشون الآثار المترتبة على عدم مساواة بيل ، المعادلات التي تحدد ما إذا كان سلوك الجسيمات المتشابكة يعكس الفيزياء الكمومية أو الكلاسيكية. هذا ما كنا نختبره في تجربتنا. لكن هناك طرقًا مختلفة للوصول إلى عدم المساواة عند بيل ، ومقدرات مختلفة تتعلق بها. يمكنك الوصول إليها من زوايا مختلفة.

كانت زاوية أينشتاين أن هناك عوامل "محلية" تعمل على كلا الجسيمات المتشابكة ، وأن هذه الجسيمات لها خصائص "حقيقية" حتى قبل أن نلاحظها. إذا رأينا رخامًا أزرق اللون ، على سبيل المثال ، فإننا نعتقد بشكل حدسي أن الرخام كان أزرق بالفعل قبل أن ننظر إليه.

إذا بدأت بمفاهيم أينشتاين عن المكانة (القوى المحلية) والواقعية (الخصائص الحقيقية) وخجلت ، ينتهي بك الأمر عند عدم مساواة بيل. وانتهك عدم مساواة بيل في تجربتنا. لذلك علينا أن نتخلى عن المكانة أو الواقعية حتى ننجح.

TKF: إذا كنت أفهمك بشكل صحيح ، فإن الباحثين يستخدمون عدم مساواة بيل لاختبار ما إذا كان أينشتاين على صواب أم خطأ بشأن العوامل المحلية والواقعية. عدم مساواة بيل تقول ماذا؟ هل هناك طريقة بسيطة لشرح ذلك؟

ر.ر .: بناءً على ما قاله رونالد ، سأشرح ذلك بالطريقة التالية: أنت تضع افتراضات معينة. أحد الافتراضات هو أن للجسيمات خصائص حقيقية. افتراض آخر هو أن لا شيء يسافر أسرع من الضوء. هذان هما افتراضات البداية الخاصة بك.

الآن إذا جمعتهم وقمت بالرياضيات ، فإنك تصل إلى متباينة بيل ، والتي تخبرك أن بعض الأشياء التي يمكنك قياسها أصغر من رقم معين.

ما فعله رونالد هو أنه قاس هذه الأشياء ، واكتشف أنها ليست أصغر من هذا الرقم بالتحديد. هم في الواقع أكبر. لذلك نستنتج أن أحد الافتراضين يجب أن يكون خاطئًا.

كل من هذه الافتراضات هي أشياء نعتقد بطبيعة الحال أنها صحيحة بشكل واضح. أثبتت تجربة رونالد أن أحدهم كان خاطئًا. لا يزال لدينا خيار بشأن الشخص الذي نعتقد أنه خاطئ ، ولكن يجب أن يكون أحدهم مخطئًا.

TKF: بينما كنا نتحدث ، أرسل العديد من المستمعين أسئلة. يريد المرء معرفة ما إذا كانت الأبعاد الأعلى يمكن أن تفسر الارتباط الذي يربط الكائنات المتشابكة. هل هذا احتمال؟ هل هذا شيء نعرفه حتى؟

ر.ر .: غالبًا ما يسأل الناس عن أبعاد أعلى عندما يحاولون إيجاد آلية لشرح التشابك. ومع ذلك ، كما قلت من قبل وما تظهره تجربة رونالد بشكل أساسي ، هو أنه يتعين علينا التخلي عن أحد افتراضاتنا حول القوى المحلية أو الواقعية. إذا تخلينا عن افتراض الواقعية - أن الأشياء لها خصائص - فإن الأبعاد الأعلى هي تفسير صحيح.

يمكننا أيضًا تفسير تجربة رونالد إذا تخلينا عن افتراض أنه لا يوجد شيء أسرع من الضوء. ومع ذلك ، إذا فعلنا ذلك ، وهذه نقطة مهمة أحاول التأكيد عليها طوال الوقت ، وخجلًا ، فنحن في مشكلة مع افتراضنا أن لدينا حرية الاختيار.

على سبيل المثال ، في تجربة رونالد ، عليه أن يختار ما يقيسه. عليه أن يختار بين قياسات مختلفة. الآن ، إذا تخليت عن الافتراض القائل بأن لا شيء أسرع من الضوء وافترضت أن هناك بعدًا أعلى يمكن للأشياء أن تنتشر فيه بشكل أسرع ، فلن نتمكن بعد الآن من التمسك بإيماننا بأن لدينا خيارات حرة. لكن هذا شيء ربما لا نريد التخلي عنه.

TKF: هذا يذهب إلى قلب ما قصده أينشتاين عندما قال ، "الله لا يلعب النرد" ، أليس كذلك؟ كان يعتقد أن للجسيمات خصائص ، حتى لو لم نكن نعرف كيفية اكتشاف ماهيتها. أنت تقول أن هذه التجربة تظهر أنهما لا يمتلكان خاصية حتى نقيسهما ، ومن ثم يمتلك كلاهما نفس الخاصية في نفس الوقت. هل أفهم ذلك بشكل صحيح؟

RH: نعم. لا يزال هناك خياران مفتوحان: إما أن يلعب الله النرد ، وفي هذه الحالة لا وجود للواقع كما حددناه للتو ، أو أن الإشارات تذهب أسرع من سرعة الضوء ويمكنها بالفعل التحدث مع بعضها البعض بواسطة قوة غير معروفة. إذن هذان تفسيران محتملان للتجربة. أو كما قال ريناتو ، ليس لدينا إرادة حرة. كل ما نقوم به الآن ، الأشخاص الذين يشاهدون هذا ، هم مجرد تشغيل مثل الساعة بطريقة حتمية بالكامل دون أي إرادة حرة.

TKF: لذا فإن لعب الله بالنرد هو في الأساس ما يمنحنا الإرادة الحرة. هناك قدر معين من عدم معرفة ما سيحدث بعد ذلك.

ر.ر .: نعم. يحتاج المرء إلى إجراء تجربة بطريقة تجعل ما ستقيسه غير متوقع. بهذه الطريقة ، لا يمكن التنبؤ بنتائج التجربة أيضًا. تتمثل إحدى طرق تحقيق هذه العشوائية في الاختيار الحر لما نقوم به. هذا افتراض ، ولكن بعد ذلك ، نحصل على أشياء لا يمكن التنبؤ بها من التجربة. لذلك نستثمر في بعض الخيارات الحرة ونستعيد بعض العشوائية. هذا ، كما قد نناقش لاحقًا ، شيء مهم للغاية للتشفير وأمن البيانات.

TKF: حسنًا ، كنت على وشك أن أسألك عن الأمان. هذا هو اهتمامك وقد اقترحت أنه يمكننا استخدام التشابك لحماية الخصوصية. كيف؟

ر.ر .: كما قال رونالد ، عندما تتشابك الجسيمات فإنها تفقد خصائصها. يحصلون على الخصائص فقط عندما نقيسها. لذلك ، على سبيل المثال ، يمكن استقطاب الجسيمات المتشابكة إما لأعلى أو لأسفل. نظرًا لعدم وجود هذه الخصائص قبل قياسها ، لا يمكن لأحد رؤيتها. لذلك ، بطريقة ما ، يمكنك تشفير البيانات أو إخفاؤها لأنه ، لفترة معينة ، هذه المعلومات ببساطة غير موجودة.

لنكون أكثر تحديدًا ، نبدأ بربط جسيمين بعيدَين ، أليس وبوب. عندما نقيسها ، سيتم ربط النتائج. سيرى اثنان من المراقبين ، على سبيل المثال ، إما صفر أو واحد. ولكن نظرًا لأن هذه القطعة العشوائية لم تكن موجودة حتى قمنا بقياس Alice and Bob ، فلا يمكن لأحد أن يسرقها أو حتى توقعها.

إنهم لا يحصلون فقط على جزء عشوائي مترابط ، بل يحصلون على جزء عشوائي لا يمكن التنبؤ به بشكل أساسي من قبل أي شخص. هذا هو بالضبط ما تحتاجه في علم التشفير: طريقة للتأكد من أن لديك أنا وأنت بعض البتات العشوائية التي نعرفها جميعًا ولكن لا أحد يعرفها. يحقق التشابك ذلك بالضبط.

TKF: هذه البتات العشوائية ستكون كيف أعرف من أنت؟

ر.ر .: نعم. يمكننا استخدام هذه المعرفة العامة للمصادقة على بعضنا البعض أو لإخفاء الرسائل حتى نتمكن فقط من رؤيتها. يمكننا استخدامه كمفتاح تشفير لتشفير الرسائل. على سبيل المثال ، قد تسألني سؤالًا مهمًا تكون الإجابة فيه إما نعم أو لا. لذا أقول لكم أنه عندما يكون البت العشوائي لدينا هو "صفر" ، فأنا أعطيك إجابة واضحة ، ولكن عندما تكون "واحدة" ، فأنا أعطيك إجابة عكس ما أعنيه.

الآن ، إذا أجبت "لا" ، لا يستطيع أي شخص لا يعرف قيمة البت العشوائي أن يعرف ما إذا كانت الإجابة "لا" في الواقع لأن بتنا العشوائي كان صفرًا ، أو "نعم" لأن بتنا العشوائي كان واحدًا و لقد قلبتها.

إذا اشتركنا في جزء عشوائي مشترك لا يعرفه أي شخص آخر ، يمكنني الإجابة عليك بطريقة لا يمكن لأحد سواك فك تشفيرها. لن يتمكن أي شخص آخر من تخمين ما كانت هذه الإجابة. هذه هي الفكرة الأساسية لذلك.

TKF: لكنك ستحتاج إلى أكثر من بت واحد للقيام بذلك ، أليس كذلك؟

ر.ر .: نعم. هذا ما يجعل التشفير الكمي قويًا للغاية. يمنحنا التشفير الكمي ، وخاصة نوع التجارب التي أجراها رونالد ، طريقة لإنتاج بتات عشوائية جديدة باستمرار من الجسيمات المتشابكة. يمكننا استخدامها لإنشاء مفاتيح لتشفير المعلومات.

في التشفير التقليدي ، أحصل على كلمة المرور مرة واحدة. ربما يرسلها لي مصرفي. إنه مثل تمرير مغلف لي. لكن كلما استخدمتها ، يمكن للعدو محاولة تخمين ما هو. كلما زاد عدد الرسائل التي أرسلتها ، كلما عرف خصمي المزيد من المعلومات عنها. في مرحلة ما ، يتم استخدامه. لكن في التشفير الكمي ، يمكننا باستمرار إنتاج مفاتيح سرية جديدة دون الحاجة إلى مقابلة هذا الظرف السري وتبادله.

TKF: يبدو هذا صعب الاختراق ، لكن رموز الأمان اليوم جيدة جدًا أيضًا ، أليس كذلك؟ لقد سمعت أنهم يولدون 340 undecillion - رقم كبير جدًا ، لم أسمع أبدًا أي شخص يقوله - 340 undecillion مفتاحًا محتملاً. سيستغرق الأمر 800 مليون مرة أكثر من عمر الكون حتى تتمكن أجهزة الكمبيوتر لدينا من كسرها. ما نوع التهديدات التي تتخيلها هنا؟

ر.ر .: لم اسمع هذا الرقم ابدا.

TKF: إنها 10 أس 36 [1036]. وهو مرتفع جدا. إذن ، ألا تُبالغ في أمن الكم؟

ر.ر .: هناك إجابتان على الأقل لهذا. أولاً ، ستنتج تقنية الكم شيئًا آخر لم نتحدث عنه ، وهو أجهزة الكمبيوتر الكمومية. We don't know when the day will arrive, but there is a possibility that 20 years from now, we will have a quantum computer. It's known that most known public-key cryptography systems, the type we use every day on the Internet, can be broken in very short time using a quantum computer. In fact, a quantum computer could decrypt a message as quickly as an honest user could do it. So once quantum computers exist, the public key systems we use to communicate with banks and stores will be completely insecure. They can be broken in no time.

The second way to answer this question is that it takes so much time to crack today's security codes because we are referring to classical computers. Classical computers essentially go through every possibility and check all possible keys. If there are too many, the computer needs a very long time to do it. But quantum computers use a completely different approach. There are very clever algorithms that are known today and which I will not describe that can break this type of key within seconds.

TKF: Ronald, I know some of your work involves quantum computing. Are you building the type of computer that Renato needs to protect us against?

R.H.: That is indeed one of the goals of my research. We have a fairly new institute here in Delft called QuTech. One of our primary goals is to build a large-scale quantum computer. You could indeed use it to break cryptographic codes.

I'd also like to add two things to what Renato said. We may not have a quantum computer tomorrow or even in 10 years. But you have to realize that whatever we communicate now can be stored and deciphered 10 or 20 years from now, when we do have a quantum computer. So when thinking about information security, you already have to take into account that quantum computing may arrive in the future.

What is so nice about quantum cryptography is that you don't have to know what happens inside your device. It's really a black box approach to cryptography. As long as the box at the sender and the receiver violate Bell's inequality, then you know for sure that the key you are generating is secure. That's really powerful. It doesn't rely on other people not having enough computational power or enough access to your system. It relies on the fundamental laws of nature.

TKF: I've got a terrific question from a listener. Ronald, your experiment separated quantum particles by about one mile. Is it possible that there are local forces that might extend one mile, or 100 or 1,000 miles, or even several light years? Is that a possibility?

R.H.: The question asks if there is some length scale involved in quantum entanglement, and once we go beyond a certain distance it breaks down. So I think this is a good time to mention that in the experiment, it's not so much the distance between the entangled particles that matters, but the distance combined with the time it takes us to measure the particles. We do our measurements so fast, there's not enough time, even at the speed of light, for the signal to go from one particle and influence the measurement of the other. So the mile is important because we are dealing with a time scale of a few millionths of a second. That's the time that it actually takes us to do the measuring.

The other answer is that we don't really know. If we believe quantum physics, there should be no length scale involved in entanglement. It should also work if the two particles are separated basically by the size of the universe. Of course, such experiments have never been done. So the real answer is that, experimentally, we don't know.

TKF: One of our listeners has asked whether we could use quantum entanglement for communication.

R.H.: نعم. Actually, quantum entanglement allows you to teleport information, what we call quantum information. You can teleport quantum states over distance. Teleportation here really means that the information disappears on one side and at the same time reappears on the other side.

This sounds like faster-than-light communication, but one caveat here: Besides teleporting the quantum signal, you also have to send a classical signal to decipher what you have teleported. It's actually a very useful concept for a future quantum version of the Internet that we're trying to build, but it does not allow faster-than-light communication.

TKF: So we would be unable to, say, get our pictures of Pluto back to Earth instantaneously.

R.H.: Right. With all that we know of nature and all the experiments that have been done so far, this seems to be impossible.

TKF: One of our listeners asks about relativity. Imagine we have one entangled particle here on Earth and another one in a craft that's moving at almost light speed, fast enough that time dilates. Will both particles change instantaneously?

R.H.: That's a good question for Renato to answer.

TKF: Give it to the theorist.

R.R.: نعم. Let's say I measure a particle in one lab. One would imagine that the change happens immediately to the sister particle in the second lab as well.

However, the only thing that we actually know is that when you take a measurement in one lab, you will see a correlated outcome in the other lab.

So you shouldn't think of it as a change that happens and spreads. It's more that if you take a measurement at the same time, which is now relative to the reference frame of the observer doing the measuring, then you see this correlation. From the particle's point of view, the speed of the particle or time dilatation is not relevant. What is relevant is that you're sitting in a lab, someone is sitting in another lab, and we take a measurement at the same time in our reference frame.

That said, there was recently an experiment carried out by Nicolas Gisin's group at University of Geneva that tried to look at this problem. He moved one observer relative to the other in a very clever way, so that each observer, from his point of view, appeared to take the measurement first. The experiment showed that despite the fact that they both seem to make the measurement first, they both see the correlation between the particles.

If we were to interpret this experiment in a way that assumes some sort of signaling between the particles, we would have to assume that the signal would have had to travel into the past. This is a strange explanation. It's much better to assume that there's no signaling, and try to come up with other explanations.

TKF: Speaking of strange explanations, let me ask you a question that's interested me: We entangle photons. We entangle electrons. We entangle atoms. Is there any reason we could not entangle — watch out, Starbucks ­— a cup of coffee?

R.H.: That's a very interesting question, and one that is on many physicists' minds. For example, my colleague, Gary Steele at Delft's Kavli Institute is trying to create quantum superpositions with very small objects, and many other people around the world are actually exploring this. They want to see what happens if we make things bigger, more massive.

من تعرف؟ Maybe we will have to rethink the laws of physics that we know up to now. Quantum physics has very good laws for describing what happens in the world of small particles. But if we look at our everyday lives, we never see such things. Your cup of coffee from Starbucks is always in one place. It's not in two places at the same time, and it does not appear to be entangled with something else.

So where is the transition in scaling up from the quantum world of small particles to the classical world we perceive, where things have well-defined properties and seem to be in the right places? Quantum theory defines these two domains and gives them different laws, but we do not fully understand how to connect these two worlds. Some people call this the measurement problem or the measurement paradox. But it really has to do with what happens when we go from a quantum mechanical picture up to some measurement result that we see on the screen. Maybe there is some clue when we scale up to bigger particles. من تعرف؟

R.R.: Whether the laws of quantum physics also apply to large objects is one of the most important questions we should answer in physics. We could go even further, and ask, "What happens if humans are entangled? What happens if I'm entangled with a particle?" To add to Ronald's reply, one possibility indeed is that there is a transition point. Once we get to large enough objects, they become more classical and behave the way we think and perceive them.

There are also other explanations. One explanation is that everything is actually entangled. If I just look at an object, I become entangled with it. But because I am now part of this entangled thing, I don't perceive it as entanglement. It would only look entangled from the outside. To me, the object looks as if it has a well-defined property.

We don't know which of these explanations is the case. So we have at least two consistent explanations. One says everything is quantum, things are entangled, and we are entangled with one another. The other, maybe less adventurous, says that when things get larger, they become classical and all these strange behaviors disappear. Deciding between these two possibilities is something I think we should do in the future. Trying to do experiments with larger and larger objects is a nice way to achieve that.

TKF: That would be an interesting set of experiments. We're going to wrap this up since we're already a few minutes over, but I do have one final question. If Einstein could join us today, how do you think he would react to this experiment? What avenues of research do you think it might suggest to him?

R.H.: If you look at Einstein's life, he started out overthrowing the physics of his time. Relativity theory was a complete break with everything that was known before. But by the time quantum physics really matured, he seemed to have grown more conservative. When he analyzed quantum entanglement, he didn't say, "Let's take this quantum entanglement and see what the properties are and what it can tell me about the world." Instead, he said, "I think the world should be local and obeying realism and therefore quantum theory is incomplete"' So on this point, he seems quite a bit stubborn.

My guess is that even after seeing the results of our experiment, he would not be convinced. He would still say, "My theory is still there." But we don't really know, because he did not get to see Bell's inequality, and maybe that would have convinced him. I'm not so sure.


Galaxies the way they were

A Hubble image of a field of distant galaxies. The CANDELS project has analyzed these and other data to study how galaxies form and evolve in the early universe. Credit: NASA/Hubble

(Phys.org) —Galaxies today come very roughly in two types: reddish, elliptically shaped collections of older stars, and bluer, spiral shaped objects dominated by young stars. The conventional wisdom is that the two types are related to one another, ellipticals representing an older, more evolved stage of galaxies. Astronomers have discovered during the past decade that these two categories seem also to apply to galaxies in the early universe. In particular, galaxies so distant from us that their light has been traveling for about eleven and one-half billion years, 84% of the age of the universe, also generally fall into these two groups.

A major puzzle about these early galaxy types involves their specific properties: Red elliptical galaxies today are generally large in diameter, but in the distant cosmos the corresponding galaxies are much smaller - perhaps five times smaller than local ones of the same mass and much smaller than their blue, star-forming colleagues. If galaxies gain in mass with time, through collisions or other processes, they would be expected also to increase in size with time. Therefore, if the early red galaxies really do represent older stages of bluer objects, then as a class they should be more massive and larger, not smaller.

The CANDELS project (Cosmic Assembly Near-Infrared Deep Extragalactic Legacy Survey) has acquired a very large database of optical and infrared observations of distant galaxies. Writing in one of their new papers this month, CfA astronomer Matt Ashby and the CANDELS team propose a solution to the dilemma. They studied a set of galaxies whose light has been en route for between about nine and twelve billion years. Based on the measured rates of star formation in blue galaxies inferred from the radiation, they conclude that they have undergone collisions that induce star formation. That's what makes them shine exceptionally brightly. After a billion years or so, however, these starbursts leave many of them depleted in fuel, and as a result the galaxies shrink in size to become the compact red galaxies that are so puzzling. In the later universe star-forming galaxies have grown to considerably larger sizes, and their star formation is consequently spread across much larger volumes, so that the same quenching mechanism does not take place, leaving them to retain their sizes as ellipticals.


شاهد الفيديو: De Melkweg gaat botsen! over 3 miljard jaar (شهر فبراير 2023).