الفلك

أسئلة حول ملاحظات المادة المظلمة في عناقيد المجرات

أسئلة حول ملاحظات المادة المظلمة في عناقيد المجرات



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.

بالنسبة لعنقود المجرات ، يمكننا أن نلاحظ توزيعات السرعة ، وبالتالي يمكننا استنتاج الكتلة من المشاهدات متعددة الأطوال الموجية. أفترض أنه يمكن استنتاج الكتلة الكلية للمجموعة من خلال مراقبة سرعات المجرات وتطبيق نظرية الفيروسات. هل يتم ذلك باستخدام النسبية العامة أم فقط بالميكانيكا الكلاسيكية؟

طريقة أخرى يمكن أن تكون من خلال النظر إلى عدسة الجاذبية التي تسببها في المجرات البعيدة.

هل هاتان الطريقتان تعطيان نفس النتائج؟


تثبت مجموعات المجرات وجود المادة المظلمة

"قد تكره الجاذبية ، لكن الجاذبية لا تهتم." -كلايتون كريستنسن

في سبعينيات القرن الماضي ، أظهرت ملاحظات فيرا روبن أن دوران المجرة كان سريعًا جدًا في الضواحي بحيث لا يمكن أن تفسر المادة العادية وحدها.

لكن قبل 40 عامًا ، لاحظ فريتز زويكي حركات المجرات الفردية داخل العناقيد ، ووجد نفس التأثير.

حتى عندما تعلمنا أن نلاحظ الغاز والغبار والبلازما والنجوم والكواكب الفاشلة ، فإن المادة العادية تفسر فقط 15٪ من إشارة الجاذبية التي نراها.

ينشأ مفتاح فهم ملاحظات الجاذبية من عدسات الجاذبية ، حيث تعمل الكتلة على ثني ضوء النجوم في الخلفية.

في ظل التكوينات المصادفة ، تتشوه مجرات الخلفية إلى أقواس وصور متعددة مشوهة.

تسمح لنا هذه الظاهرة - العدسة القوية - بتحديد الكتلة الكلية للكتلة.

حتى بدون التكوينات المثلى ، فإن عدسات الجاذبية الضعيفة تسبب تشوهًا واضحًا في شكل مجرات الخلفية.

مع وجود عدد كافٍ من المجرات - يمكن الحصول عليها في أي مكان من خلال ملاحظات التلسكوب العميقة - يمكن إعادة بناء الكتلة الإجمالية لأي عنقود مجري.

باستمرار ، هناك حاجة إلى حوالي خمسة أضعاف كتلة أكثر من اللازم مقارنة بالمادة الطبيعية الموجودة.

علاوة على ذلك ، عندما تصطدم مجموعات المجرات ، فإن إعادة البناء الشامل من العدسات الضعيفة تظهر فصلًا لا مفر منه عن المادة الطبيعية.

لا توجد نظرية جاذبية بديلة تفسر كل هذا. نحن بحاجة للمادة المظلمة.

يروي فيلم Mostly Mute Monday قصة ظاهرة فلكية واحدة أو كائن في معظمها مرئي ، يقتصر على ما لا يزيد عن 200 كلمة.


تقدم مجموعات Galaxy أدلة على المادة المظلمة والطاقة المظلمة

حشد مجري ضخم وشاب يُرى في الأشعة السينية (الأزرق) ، والضوء المرئي (الأخضر) ، وضوء الأشعة تحت الحمراء (الأحمر). الصورة بالأشعة السينية: NASA / CXC / Univ of Missouri / M.Brodwin et al. بصري: NASA / STScI infrared: JPL / CalTech

إنها مفارقة كونية: يمكن أن يكون العثور على أكبر الأشياء في الكون هو الأصعب أيضًا.

بدأت إليزابيث بلانتون ، الأستاذة المساعدة في علم الفلك بجامعة بوسطن ، في البحث عن مجموعات المجرات البعيدة منذ أكثر من 20 عامًا. يمكن لعنقود مجري واحد أن يكون ضخمًا مثل كوادريليون شمس ، ومع ذلك فإن العناقيد البعيدة خافتة جدًا لدرجة أنها غير مرئية تقريبًا لجميع التلسكوبات المتصلة بالأرض باستثناء أكبرها. تحتوي العناقيد البعيدة على أجزاء من قصة ظهور بنية الكون الشبيهة بالويب لأول مرة ويمكن أن تساعد في إلقاء الضوء على الطبيعة الحقيقية للطاقة المظلمة والمادة المظلمة. الآن ، يحقق بحث فريقها أكبر عائد له حتى الآن: كتالوج يضم حوالي 200 مجموعة مجرات مرشحة والتي ، إذا تم تأكيدها ، قد تتضمن بعضًا من أبعد العناقيد التي تم العثور عليها على الإطلاق. تم نشر النتائج الجديدة ، التي ستكون أداة مفيدة لعلماء الفلك في جميع أنحاء العالم ، في إصدار 26 يوليو 2017 من مجلة الفيزياء الفلكية بواسطة فريق يضم Rachel Paterno-Mahler (GRS'15) ، مرشح الدكتوراه Emmet Golden-Marx (GRS'16 ، '19) ، Gagandeep Anand (GRS'17) ، Joshua Wing (GRS'07، '13) ، و الزملاء في جامعة ميسوري - كانساس سيتي ومركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية.

يمكن أن تحتوي العناقيد المجرية على آلاف المجرات والعديد من تريليونات النجوم - وهذا بالضبط ما يمكن لعلماء الفلك رؤيته باستخدام التلسكوبات العادية. يتوهج الغاز الساخن بين المجرات بالأشعة السينية ، ويشتبه علماء الفلك في أن أكثر من 85 في المائة من كتلة كل مجموعة مخفية في شكل مادة مظلمة. تم تعيين الكون بثلاثة أبعاد ، وهو عبارة عن شبكة من الخيوط الساطعة والفراغات المظلمة ، حيث تحتل مجموعات المجرات البقع التي تتقاطع فيها الخيوط.

إليزابيث بلانتون (في الأعلى) وراشيل باتيرنو ماهلر وزملاؤهم يستخدمون عناقيد المجرات لفهم تطور المجرات وتشكيل بنية الكون واسعة النطاق. صورة بلانتون من باب المجاملة جوش أندروس / ARROWS صورة باتيرنو ماهلر بإذن من لورا فورد ، لورا فورد فوتوغرافي

المنسوجة في هذه الشبكة الكونية هي أدلة على لغزين كونيين رئيسيين: المادة المظلمة ، والأشياء غير المرئية التي تتخلل المجرات والفراغات بينها ، والطاقة المظلمة ، التي تقود التوسع المتسارع للكون. يشك العلماء في أن المادة المظلمة والطاقة المظلمة معًا تشكلان حوالي 95٪ من كوننا ، لكن علماء الفيزياء الفلكية يعرفون وجود المادة المظلمة والطاقة المظلمة بشكل غير مباشر فقط ، من خلال تأثيرهم على النجوم والمجرات التي تضيء السماء.

قد يساعد المخبأ الجديد لعنقود المجرات البعيدة الباحثين في تحديد خصائص المادة المظلمة والطاقة المظلمة ، كما يقول باتيرنو ماهلر ، المؤلف الأول في الورقة الجديدة ، وهي واحدة من سلسلة قادمة من فريق بلانتون. "مجموعات المجرات هي حقًا أسرة اختبار جيدة للتعرف على المعلمات الكونية لكوننا ، مثل كمية الطاقة المظلمة الموجودة وكمية المادة المظلمة الموجودة هناك."

من خلال مقارنة المجموعات البعيدة مع نظيراتها المحلية ، يمكن للباحثين أيضًا تجميع جدول زمني لكيفية تشكل مجموعات المجرات ونموها. وذلك لأن الضوء من المجموعات البعيدة كان عليه أن يسافر بلايين السنين قبل وصوله إلى الأرض ، لذلك يرى علماء الفلك تلك المجموعات كما كانت منذ زمن بعيد. يقول المؤلف المشارك مارك برودوين Mark Brodwin ، الأستاذ المساعد للفيزياء و علم الفلك في جامعة ميسوري - كانساس سيتي. ولأن عناقيد المجرات تمنح علماء الفلك إمكانية الوصول إلى عينة كبيرة من المجرات المتشابهة في العمر ، فإنها توفر أيضًا مختبرًا لدراسة كيفية تغير المجرات الفردية بمرور الوقت. يقول بلانتون: "لديك مجموعة من المجرات في نفس الحقبة ، معًا في الفضاء ، للمقارنة مع المزيد من المجرات القريبة".

ولكن كلما كانت المجموعة المجرية بعيدة عن الأرض ، كلما ظهر خافت. يجب أن تحدق التلسكوبات الضوئية التقليدية في بقعة واحدة في السماء لفترة طويلة لجمع ما يكفي من الضوء للكشف عن مجموعة بعيدة ، ومسح السماء بأكملها بهذه الطريقة يحظر الوقت. لذلك ، لإنشاء الكتالوج الجديد ، بحثت بلانتون وفريقها في البيانات المؤرشفة بحثًا عن أدلة على أماكن وجود المجموعات قد be ، ثم يتبعها ملاحظات تلسكوبية مستهدفة. بحثهم ، الذي أطلق عليه اسم COBRA (المجموعات التي يشغلها راديو بنت راديو AGN ، أو نوى المجرة النشطة) ، كان مدعومًا بمنح من مؤسسة العلوم الوطنية ووكالة ناسا.

يبدأ مسارهم من الأدلة بحقيقة أن كل مجرة ​​كبيرة تقريبًا بها ثقب أسود هائل في مركزها. تشتهر هذه الثقوب السوداء بأنها أكلة فوضوية ، وعندما تكون وليمة ، فإن بعض الغبار والغازات المتساقطة إلى الداخل تتناثر في نفاثات ضخمة ومتصاعدة. يمكن لهذه النفاثات أن تمد عرض المجرة وما وراءها ، وتنتج هدير الموجات الراديوية التي يمكن لعلماء الفلك التقاطها باستخدام التلسكوبات الراديوية على الأرض. إذا تصادف أن المجرة تقوم أيضًا بالتكبير عبر غاز العنقود الساخن (أو إذا كان الغاز يتخطى المجرة) ، فإن النفاثات تنثني إلى شكل "C" المميز - "مثل شعرك ينفخ في مهب الريح" ، كما يقول بلانتون. هذا الشكل "C" هو أول دليل على وجود كتلة محتملة.

تبدو صورة الضوء المرئي من مسح سلون الرقمي للسماء (على اليسار) فارغة تقريبًا ، لكن صورة من تلسكوب سبيتزر الفضائي (على اليمين) تكشف عن عشرات المجرات البعيدة. تكشف خريطة الموجات الراديوية المتراكبة (الخطوط الخضراء) عن إشارة "C" لمجرة تتحرك بالنسبة إلى الغاز العنقودي. الصورة مجاملة من Blanton et al.

قام فريق بلانتون بالتمعن في عمليات مسح السماء الحالية ووجدوا ما يقرب من 2000 من هذه الأجسام الغريبة. ثم قارن وينغ ، كجزء من أطروحته ، تلك المجموعات المشتبه بها بصور ضوئية مرئية من أرشيفات مسح سلون الرقمي للسماء. يقول بلانتون ، إن المرشحين الأكثر إثارة هم أولئك الذين تبدو صور سلون مظلمة ، مما يشير إلى أن إشارة الراديو يمكن أن تأتي من مجموعة بعيدة جدًا لدرجة أن تلسكوب سلون للمسح لا يمكنه رؤيتها على الإطلاق.

مع تضييق الاحتمالات أكثر ، استخدموا بعد ذلك تلسكوب سبيتزر الفضائي للتركيز على حوالي 650 مجموعة محتملة ، واحدة تلو الأخرى. (يعتبر سبيتزر أكثر حساسية لضوء الأشعة تحت الحمراء ، وهو إشعاع لا يمكن رؤيته بالعين البشرية ولكنه مثالي لرصد المجرات البعيدة.) بمساعدة الكمبيوتر ، قاموا بحساب عدد المجرات في كل إطار من إطارات سبيتزر وقارنوها مع المجرات البعيدة. عدد نموذجي من المجرات في منطقة مماثلة من السماء. يشير عدد كبير بشكل غير عادي من المجرات - يُطلق عليه "الكثافة الزائدة" - إلى وجود مجموعة مجرات.

ومع ذلك ، فإن الكثافة الزائدة ليست دليلاً قاطعًا على وجود مجموعة مجرات. يوضح بلانتون: "أنت ترى صورة ثنائية الأبعاد لتوزيع ثلاثي الأبعاد للكائنات". "يمكن أن يكون بعضها في المقدمة ، أو في الخلفية." يمكن أن تخلق "تأثيرات الإسقاط" هذه الوهم بوجود عنقود لا يوجد فيه حقًا. الخطوة التالية للمجموعة ، جارية الآن ، هي قياس المسافة إلى كل مجرة ​​في العنقود الظاهر للتأكد من أن التجمع حقيقي وليس خداعًا بصريًا.

يقوم Golden-Marx بالفعل بتحديد المسافات إلى بعض المجرات باستخدام تلسكوب Discovery Channel Telescope الذي يبلغ ارتفاعه 4.3 مترًا ، حيث BU هي مؤسسة شريكة ، ويأمل بلانتون في تأمين الوقت على تلسكوب هابل الفضائي وأحد تلسكوبات Keck التوأم التي يبلغ طولها 10 أمتار في هاواي للحصول على قياسات أكثر دقة. بمجرد تأكيد المسافات ، سيتمكن الفريق من ترتيب المجموعات بشكل صحيح حسب العمر وأيضًا تأكيد ما إذا كان الكتالوج الخاص بهم يتضمن بالفعل المجموعات الأبعد التي تم العثور عليها حتى الآن.


الملخص

أثبتت الدراسات التي أجريت على عناقيد المجرات أنها حاسمة في المساعدة على إنشاء النموذج القياسي لعلم الكونيات ، مع كون تهيمن عليه المادة المظلمة والطاقة المظلمة. يتزايد الأساس النظري الذي يصف المجموعات على أنها أنظمة ضخمة ومتعددة المكونات وشبه توازن في قدرتها على تفسير الملاحظات متعددة الموجات لتوسيع النطاق والحساسية. نقوم بمراجعة النتائج الكونية الحالية ، بما في ذلك المساهمات في الفيزياء الأساسية ، التي تم الحصول عليها من ملاحظات عناقيد المجرات. هذه النتائج متسقة ومكملة لتلك من الطرق الأخرى. نسلط الضوء على العديد من مجالات الفرص للسنوات القليلة القادمة ، ونؤكد على الحاجة إلى النمذجة الدقيقة لاختيار المسح ومصادر الخطأ المنهجي. سيتطلب الاستفادة من هذه الفرص اتباع نهج متعدد الأطوال وتطبيق أطر إحصائية صارمة ، وذلك باستخدام نقاط القوة المشتركة للمراقبين والمحاكاة والمنظرين.


المعلمات الكونية من ملاحظات عناقيد المجرات

أثبتت دراسات عناقيد المجرات أنها حاسمة في المساعدة على إنشاء النموذج القياسي لعلم الكونيات ، مع كون تهيمن عليه المادة المظلمة والطاقة المظلمة. يتزايد الأساس النظري الذي يصف المجموعات على أنها أنظمة ضخمة ومتعددة المكونات وشبه توازن في قدرتها على تفسير الملاحظات متعددة الموجات لتوسيع النطاق والحساسية. نقوم بمراجعة النتائج الكونية الحالية ، بما في ذلك المساهمات في الفيزياء الأساسية ، التي تم الحصول عليها من ملاحظات عناقيد المجرات. هذه النتائج متسقة ومكملة لتلك من الطرق الأخرى. نسلط الضوء على العديد من مجالات الفرص للسنوات القليلة القادمة ، ونؤكد على الحاجة إلى النمذجة الدقيقة لاختيار المسح ومصادر الخطأ المنهجي. سوف تتطلب الاستفادة من هذه الفرص اتباع نهج متعدد الأطوال وتطبيق أطر إحصائية صارمة ، وذلك باستخدام نقاط القوة المشتركة للمراقبين والمحاكاة والمنظرين.


يحل علماء الفلك أحجية المادة المظلمة لمجرة غريبة

في الوقت الحاضر ، يصعب فهم تكوين المجرات دون وجود عنصر موجود في كل مكان ، ولكنه غامض ، يسمى المادة المظلمة. قام علماء الفلك بقياس كمية المادة المظلمة الموجودة حول المجرات ، ووجدوا أنها تتراوح بين 10 و 300 ضعف كمية المادة المرئية. ومع ذلك ، قبل بضع سنوات ، أدى اكتشاف كائن منتشر للغاية ، يُدعى Dragonfly 44 ، إلى تغيير وجهة النظر هذه. وجد أن هذه المجرة تحتوي على مادة مظلمة أكثر بـ 10000 مرة من النجوم. بالرجوع إلى هذا الاكتشاف ، بذل علماء الفلك جهودًا لمعرفة ما إذا كان هذا الجسم شاذًا حقًا ، أو ما إذا كان هناك خطأ ما في تحليل الملاحظات. الآن لدينا الجواب.

وجد فريق دولي بقيادة معهد Kapteyn التابع لجامعة جرونينجن (هولندا) ، بمشاركة من Instituto de Astrof & iacutesica de Canarias (IAC) وجامعة لاغونا (ULL) ، أن العدد الإجمالي للعناقيد الكروية حولها اليعسوب 44 ، وبالتالي محتوى المادة المظلمة ، هو أقل بكثير مما اقترحته النتائج السابقة ، مما يدل على أن هذه المجرة ليست فريدة ولا شاذة. تم نشر النتيجة مؤخرًا في الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية (MNRAS).

تم اكتشاف مجرة ​​اليعسوب 44 في مسح عميق لمجموعة كوما ، وهو عنقود يضم عدة آلاف من المجرات. منذ البداية ، اعتبر الباحثون المجرة رائعة لأن كمية المادة المظلمة التي استنتجوها كانت تقريبًا مماثلة لتلك الموجودة في مجرة ​​درب التبانة ، أي ما يعادل مليار كتلة شمسية.

ومع ذلك ، بدلاً من احتواء حوالي مائة ألف مليون نجم ، كما هو الحال مع مجرة ​​درب التبانة ، فإن DF44 يحتوي فقط على مائة مليون نجم ، أي أقل بألف مرة. هذا يعني أن كمية المادة المظلمة كانت أكبر بعشرة آلاف مرة من كمية نجومها. إذا كان هذا صحيحًا ، لكان كائنًا فريدًا ، به ما يقرب من 100 مرة من المادة المظلمة التي يتوقعها من عدد نجومه.

ومع ذلك ، من خلال تحليل شامل لنظام الكتلة الكروية حول دراجونفلاي 44 ، اكتشف الباحثون أن العدد الإجمالي للعناقيد الكروية هو 20 فقط ، وأن الكمية الإجمالية للمادة المظلمة تبلغ حوالي 300 ضعف المادة المضيئة ، والتي يعني أنه ليس بعيدًا عن القيمة الطبيعية لهذا النوع من المجرات.

يوضح إجناسيو تروجيلو ، باحث في IAC ومؤلف مشارك لكتاب: "حقيقة أننا وجدنا في عملنا 20 مجموعة كروية فقط ، مقارنة بـ 80 مجموعة مزعومة سابقًا ، تقلل بشكل كبير من كمية المادة المظلمة التي يعتقد أن المجرة تحتوي عليها". المقالة. "علاوة على ذلك ، مع عدد العناقيد الكروية التي وجدناها ، فإن كمية المادة المظلمة في Dragonfly 44 تتفق مع ما هو متوقع لهذا النوع من المجرات. لم تعد نسبة المادة المرئية إلى المادة المظلمة 1 في 10000 ولكنها واحدة من 300 يضيف تروخيو.

يشير تيمور سيف الله إلى أن "دراجونفلاي 44 كانت حالة شاذة طوال هذه السنوات لا يمكن تفسيرها بنماذج تشكيل المجرات الحالية. والآن نعلم أن النتائج السابقة كانت خاطئة وأن DF44 ليس استثنائيًا. لقد حان الوقت للمضي قدمًا". ، باحث في معهد Kapteyn والمؤلف الأول للمقال.

"يُظهر عملنا أن هذه المجرة ليست مفردة جدًا ولا غير متوقعة. وبهذه الطريقة يمكن لنماذج تكوين المجرات أن تشرحها دون الحاجة إلى تعديل" ، كما يقول مايكل أ. بيسلي ، باحث آخر في IAC ، متخصص في العناقيد الكروية ، وزميل مؤلف المقال.

يرتبط العدد الإجمالي للعناقيد الكروية بالكتلة الإجمالية للمجرة. لذلك ، إذا تم قياس عدد الحشود الكروية ، فيمكن العثور على كمية المادة المظلمة ، خاصة إذا كانت كمية المادة المرئية مجرد جزء صغير من الإجمالي.

"ومع ذلك ، ليس لدينا تفسير مادي لهذه العلاقة بين العدد الإجمالي للعناقيد الكروية والكتلة الإجمالية للمجرة. هذه معرفة رصدية بحتة. يمكن أن يكون لها علاقة بكمية الغاز الأصلي من التي تشكلت منها النجوم ، والعناقيد الكروية نفسها. فكلما زادت المادة المظلمة في المجرة ، زاد الغاز الذي تحتويه "، كما يشير يوهان هـ. كنابين ، الباحث في IAC وهو أيضًا مؤلف مشارك في المقالة.


يقدم علماء الفلك تفسيرا محتملا للمجرات الخالية من المادة المظلمة

وجد فريق بقيادة علماء الفلك في جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد ، أن بعض المجرات القزمة قد تبدو اليوم خالية من المادة المظلمة على الرغم من أنها تشكلت كمجرات كانت تهيمن عليها المادة المظلمة في الماضي.

المجرات التي يبدو أنها تحتوي على القليل من المادة المظلمة أو لا تحتوي على مادة مظلمة - مادة غير مضيئة يعتقد أنها تشكل 85٪ من المادة في الكون - تعقد فهم علماء الفلك لمحتوى المادة المظلمة في الكون. هذه المجرات ، التي تم العثور عليها مؤخرًا في الملاحظات ، تتحدى نموذجًا كونيًا يستخدمه علماء الفلك يسمى Lambda Cold Dark Matter ، أو LCDM ، حيث تُحاط جميع المجرات بهالة ضخمة وممتدة من المادة المظلمة.

المجرات الخالية من المادة المظلمة ليست مفهومة جيدًا في المجتمع الفلكي. تتمثل إحدى طرق دراسة آليات التكوين المحتملة لهذه المجرات المراوغة - مجرات DF2 و DF4 فائقة الانتثار على سبيل المثال - في العثور على أجسام متشابهة في عمليات المحاكاة العددية ودراسة تطورها الزمني والظروف التي تؤدي إلى فقدان المادة المظلمة.

أوضحت جيسيكا دوبل ، طالبة الدراسات العليا في قسم الفيزياء وعلم الفلك بجامعة كاليفورنيا في ريفرسايد ، والمؤلفة الأولى لورقة بحثية نُشرت في الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية ، أنه في كون LCDM ، يجب أن تكون جميع المجرات مادة مظلمة.

قالت "هذا هو التحدي". "إن العثور على نظائر في عمليات المحاكاة لما يراه المراقبون أمر مهم وغير مضمون. إن البدء في تحديد أصول هذه الأنواع من الكائنات ومجموعاتها الكروية الشاذة في كثير من الأحيان يسمح لنا بزيادة ترسيخ إطارنا النظري للمادة المظلمة وتشكيل المجرات ويؤكد أنه لا حاجة لأشكال بديلة من المادة المظلمة. وجدنا أن المادة المظلمة الباردة تؤدي أداءً جيدًا ".

بالنسبة للدراسة ، استخدم الباحثون محاكاة كونية وهيدروديناميكية تسمى Illustris ، والتي تقدم نموذجًا لتشكيل المجرة يتضمن التطور النجمي ، وردود الفعل المستعر الأعظم ، ونمو الثقب الأسود ، والاندماجات. وجد الباحثون أن اثنتين من "المجرات القزمة" في عناقيد لها محتوى نجمي مشابه ، وأرقام عنقودية كروية ، وكتلة مادة مظلمة مثل DF2 و DF4. كما يوحي اسمها ، فإن المجرة القزمة صغيرة الحجم ، وتضم ما يصل إلى عدة مليارات من النجوم. في المقابل ، فإن مجرة ​​درب التبانة ، التي تضم أكثر من 20 مجرة ​​قزمة معروفة تدور حولها ، لديها 200 إلى 400 مليار نجم. غالبًا ما تُستخدم العناقيد الكروية لتقدير محتوى المادة المظلمة في المجرات ، وخاصة الأقزام.

استخدم الباحثون محاكاة Illustris للتحقيق في أصل المجرات القزمة الفردية مثل DF2 و DF4. وجدوا نظائر محاكاة لأقزام خالية من المادة المظلمة في شكل كائنات تطورت داخل مجموعات المجرات لفترة طويلة وفقدت أكثر من 90٪ من مادتها المظلمة عبر تجريد المد والجزر - تجريد المواد بعيدًا عن طريق قوى المد والجزر المجرية. .

"من المثير للاهتمام ، أن آلية تجريد المد والجزر نفسها قادرة على تفسير الخصائص الأخرى للأقزام مثل DF2 و DF4 - على سبيل المثال ، حقيقة أنها مجرات" شديدة الانتشار "، كما قالت المؤلفة المشاركة لورا سيلز ، الأستاذة المشاركة في الفيزياء وعلم الفلك في مستشار الخريجين UCR و Doppel. تقترح عمليات المحاكاة التي أجريناها حلاً مشتركًا لكل من بنية هذه الأقزام ومحتواها المنخفض من المادة المظلمة. من المحتمل أن يكون الفقد الشديد في كتلة المد والجزر في المجرات القزمة الطبيعية هو كيفية تشكل الأجسام شديدة الانتشار ".

بالتعاون مع باحثين في معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية في ألمانيا ، تعمل مجموعة Sales حاليًا مع عمليات محاكاة محسنة تتميز بفيزياء أكثر تفصيلاً ودقة رقمية أفضل بحوالي 16 مرة من محاكاة Illustris.

قال دوبل: "باستخدام هذه البيانات ، سنكون قادرين على توسيع دراستنا لتشمل حتى الأقزام ذات الكتلة الأقل ، والتي تكون أكثر وفرة في الكون ومن المتوقع أن تكون المادة المظلمة أكثر سيطرة في مراكزها ، مما يجعل تفسيرها أكثر صعوبة". سوف نستكشف ما إذا كان تجريد المد والجزر يمكن أن يوفر مسارًا لاستنزاف الأقزام من محتوى المادة المظلمة الداخلية. نحن نخطط لعمل تنبؤات حول محتوى الأقزام النجمي والكروي ومحتوى المادة المظلمة ، والتي سنقارنها بعد ذلك بالمشاهدات المستقبلية ".

حصل فريق البحث بالفعل على وقت في مرصد دبليو إم كيك للمساعدة في الإجابة على بعض الأسئلة المتعلقة بملاحظات الأقزام في مجموعة برج العذراء.

انضم إلى المبيعات و Doppel في البحث خوليو ف. نافارو من جامعة فيكتوريا في كندا ماريو ج. أبادي وفيليبي راموس-ألمنداريس من جامعة قرطبة الوطنية في الأرجنتين إريك دبليو بينج من جامعة بكين في الصين وإليسا تولوبا من جامعة كوردوبا الوطنية في الأرجنتين. جامعة المحيط الهادئ في كاليفورنيا.

تم دعم الدراسة بمنح من وكالة ناسا والمؤسسة الوطنية للعلوم.

عنوان الورقة البحثية "العناقيد الكروية كمتتبع لمحتوى المادة المظلمة للأقزام في عناقيد المجرات."


Hubble & # 8217s اكتشاف المادة المظلمة الصادمة: الملاحظات تشير إلى مكون مفقود في الوصفة الكونية

تُظهر صورة تلسكوب هابل الفضائي عنقود المجرات الضخمة MACS J1206. مضمنة داخل الكتلة هي الصور المشوهة لمجرات الخلفية البعيدة ، والتي ينظر إليها على أنها أقواس وميزات ملطخة. تحدث هذه التشوهات بسبب كمية المادة المظلمة في العنقود ، والتي تنحني جاذبيتها وتضخم الضوء القادم من المجرات البعيدة. هذا التأثير ، المسمى بعدسة الجاذبية ، يسمح لعلماء الفلك بدراسة المجرات البعيدة التي لولاها ستكون خافتة للغاية بحيث لا يمكن رؤيتها. العديد من المجرات العنقودية ضخمة وكثيفة بما يكفي لتشويه المصادر البعيدة وتضخيمها. تمثل المجرات في السحب الثلاثة أمثلة على هذه التأثيرات. في اللقطات الموجودة في أعلى اليمين والأسفل ، هناك مجرتان أزرقتان بعيدتان بعدساتهما عنقود مجرات المجموعة الحمراء ، وتشكل حلقات وصور متعددة للأجسام البعيدة. تشير النقط الحمراء حول المجرة في أعلى اليسار إلى انبعاث من سحب الهيدروجين في مصدر واحد بعيد. قد يكون المصدر ، الذي شوهد أربع مرات بسبب العدسة ، مجرة ​​باهتة. تم اكتشاف هذه النقط بواسطة المستكشف الطيفي متعدد الوحدات (MUSE) في المرصد الجنوبي الأوروبي & # 8217s تلسكوب كبير جدًا (VLT) في تشيلي. لا تظهر النقاط في صور هابل. يعد MACS J1206 جزءًا من مسح Cluster Lensing و Supernova باستخدام Hubble (CLASH) وهو واحد من مجموعات المجرات الثلاث التي درسها الباحثون باستخدام Hubble و VLT. صورة هابل هي مزيج من ملاحظات الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء التي تم التقاطها في عام 2011 بواسطة الكاميرا المتقدمة للاستطلاعات وكاميرا المجال الواسع 3.
الائتمان: ناسا ، وكالة الفضاء الأوروبية ، P. ناتاراجان (جامعة ييل) ، جي كامينها (جامعة جرونينجن) ، إم مينغيتي (مرصد INAF للفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء في بولونيا) ، اعتراف فرق CLASH-VLT / Zooming: NASA ، ESA ، M. Postman (STScI) ، فريق CLASH

اكتشف علماء الفلك أنه قد يكون هناك عنصر مفقود في وصفتنا الكونية لكيفية تصرف المادة المظلمة.

كشف علماء الفلك النقاب عن تناقض بين النماذج النظرية لكيفية توزيع المادة المظلمة في عناقيد المجرات ، ومراقبة المادة المظلمة # 8217s على العناقيد.

المادة المظلمة لا تبعث الضوء أو تمتصه أو تعكسه. لا يُعرف وجودها إلا من خلال جاذبيتها على المادة المرئية في الفضاء. لذلك ، تظل المادة المظلمة بعيدة المنال مثل Alice in Wonderland & # 8217s Cheshire Cat - حيث ترى ابتسامتها فقط (في شكل الجاذبية) ولكن ليس الحيوان نفسه.

إحدى الطرق التي يمكن لعلماء الفلك من خلالها اكتشاف المادة المظلمة هي قياس كيفية تشويه جاذبيتها للفضاء ، وهو تأثير يسمى عدسة الجاذبية.

وجد الباحثون أن التركيزات الصغيرة من المادة المظلمة في التجمعات تنتج تأثيرات عدسات ثقالية أقوى بعشر مرات مما كان متوقعًا. يعتمد هذا الدليل على ملاحظات تفصيلية غير مسبوقة للعديد من مجموعات المجرات الضخمة بواسطة تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا والمرصد الأوروبي الجنوبي & # 8217s تلسكوب كبير جدًا (VLT) في تشيلي.


يبدو أن علماء الفلك قد كشفوا عن تفاصيل محيرة في الطريقة التي تتصرف بها المادة المظلمة. وجدوا تركيزات صغيرة وكثيفة من المادة المظلمة التي تنحني وتضخم الضوء بقوة أكبر بكثير مما كان متوقعًا. الائتمان: NASA & # 8217s Goddard Space Flight Centre

عناقيد المجرات ، وهي الهياكل الأكثر ضخامة في الكون المكونة من مجرات فردية ، هي أكبر مستودعات المادة المظلمة. لا يقتصر الأمر على أنها مرتبطة ببعضها البعض إلى حد كبير عن طريق جاذبية المادة المظلمة # 8217s ، بل إن المجرات العنقودية الفردية مليئة بالمادة المظلمة. لذلك يتم توزيع المادة المظلمة في مجموعات على كل من المقاييس الكبيرة والصغيرة.

& # 8220Galaxy هي مختبرات مثالية لفهم ما إذا كانت المحاكاة الحاسوبية للكون تعيد إنتاج ما يمكننا استنتاجه عن المادة المظلمة وتفاعلها مع المادة المضيئة بشكل موثوق ، & # 8221 قال ماسيمو مينغيتي من INAF (المعهد الوطني للفيزياء الفلكية) - مرصد الفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء في بولونيا في إيطاليا ، المؤلف الرئيسي للدراسة & # 8217s.

& # 8220 لقد أجرينا الكثير من الاختبارات الدقيقة في مقارنة عمليات المحاكاة والبيانات في هذه الدراسة ، واستمر اكتشافنا لعدم التطابق ، & # 8221 Meneghetti تابع. & # 8220 أحد الأسباب المحتملة لهذا التناقض هو أننا قد نفتقد بعض الفيزياء الأساسية في عمليات المحاكاة. & # 8221

أضاف بريامفادا ناتاراجان من جامعة ييل في نيو هافن ، كونيتيكت ، أحد كبار المنظرين في الفريق ، & # 8220 هناك ميزة للكون الحقيقي لا نلتقطها في نماذجنا النظرية الحالية. قد يشير هذا إلى وجود فجوة في فهمنا الحالي لطبيعة المادة المظلمة وخصائصها ، حيث سمحت لنا هذه البيانات الرائعة بسبر التوزيع التفصيلي للمادة المظلمة على أصغر المقاييس. & # 8221

ستظهر ورقة الفريق & # 8217s في عدد 11 سبتمبر من المجلة علم.

يتم تعيين توزيع المادة المظلمة في مجموعات من خلال انحناء الضوء ، أو تأثير عدسة الجاذبية التي تنتجها. تعمل جاذبية المادة المظلمة على تضخيم الضوء من الأجسام الخلفية البعيدة وتشوهها ، تمامًا مثل مرآة المرح ، مما ينتج عنه تشوهات وأحيانًا صور متعددة لنفس المجرة البعيدة. كلما زاد تركيز المادة المظلمة في العنقود ، كلما كان انحناء الضوء أكثر دراماتيكية.

ساعدت صور Hubble & # 8217s الواضحة ، إلى جانب الأطياف من VLT ، الفريق في إنتاج خريطة دقيقة وعالية الدقة للمادة المظلمة. لقد حددوا العشرات من المجرات الخلفية المضاعفة المصوّرة والمعدسة. من خلال قياس تشوهات العدسة ، يمكن لعلماء الفلك تتبع كمية وتوزيع المادة المظلمة.

كانت مجموعات المجرات الرئيسية الثلاثة المستخدمة في التحليل ، MACS J1206.2-0847 ، MACS J0416.1-2403 ، و Abell S1063 جزءًا من مسحين هابل: الحقول الحدودية ومسح العدسة العنقودية والمستعر الأعظم باستخدام هابل (كلاش) البرامج.

لمفاجأة الفريق & # 8217s ، كشفت صور هابل أيضًا عن أقواس أصغر حجمًا وصورًا مشوهة متداخلة داخل تشوهات العدسة واسعة النطاق في كل مجموعة و # 8217s ، حيث توجد أكبر المجرات الضخمة.

يعتقد الباحثون أن العدسات المضمنة تنتج عن جاذبية التركيزات الكثيفة للمادة المظلمة المرتبطة بالمجرات العنقودية الفردية. من المعروف أن توزيع المادة المظلمة & # 8217s في المناطق الداخلية للمجرات الفردية يعزز من تأثير العدسة الكلي للعنقود & # 8217s.

متابعة الأرصاد الطيفية التي تمت إضافتها إلى الدراسة بقياس سرعة النجوم التي تدور داخل العديد من المجرات العنقودية. & # 8220 بناءً على دراستنا الطيفية ، تمكنا من ربط المجرات بكل عنقود وتقدير مسافاتها ، & # 8221 قال عضو الفريق بييرو روساتي من جامعة فيرارا في إيطاليا.

& # 8220 أعطتنا النجوم وسرعة # 8217 تقديرًا لكل مجرة ​​على حدة & # 8217 كتلة ، بما في ذلك كمية المادة المظلمة ، & # 8221 عضو الفريق المضاف Pietro Bergamini من مرصد INAF للفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء في بولونيا ، إيطاليا.

قارن الفريق خرائط المادة المظلمة بعينات من مجموعات المجرات المحاكاة ذات الكتل المتشابهة ، والموجودة على نفس مسافات المجموعات المرصودة تقريبًا. لم تُظهر المجموعات في عمليات المحاكاة الحاسوبية نفس المستوى من تركيز المادة المظلمة على أصغر المقاييس - المقاييس المرتبطة بالمجرات العنقودية الفردية كما يُرى في الكون.

يتطلع الفريق إلى مواصلة اختبار الإجهاد لنموذج المادة المظلمة القياسي لتحديد طبيعته المثيرة للاهتمام.

سيكتشف تلسكوب الفضاء الروماني نانسي جريس الذي تخطط له وكالة ناسا ورقم 8217s المزيد من المجرات البعيدة من خلال عدسات الجاذبية بواسطة مجموعات المجرات الضخمة. ستعمل الملاحظات على تكبير عينة العناقيد التي يمكن لعلماء الفلك تحليلها لمزيد من الاختبار لنماذج المادة المظلمة.


الإجابات والردود

دليل ضد هالات المادة المظلمة المحيطة بالعناقيد الكروية MGC1 و NGC 2419

تشارلي كونروي ، أبراهام لوب ، ديفيد سبيرجيل
(تم التقديم في 27 أكتوبر / تشرين الأول 2010)
إن التخمين القائل بأن العناقيد الكروية القديمة (GCs) تشكلت في مركز هالات المادة المظلمة الخاصة بها قد اقترحها Peebles (1984) ، وقد تم إحياؤها مؤخرًا لشرح أنماط الوفرة المحيرة التي لوحظت في العديد من GCs. نوضح في هذه الرسالة أن المظهر الجانبي للكثافة النجمية الخارجية لـ GCs المعزول حساس جدًا لوجود هالة داكنة ممتدة. يقع GCs NGC 2419 في 90 kpc من وسط مجرتنا ، و MGC1 ، الموجود في

200 kpc من وسط M31 ، هي مختبرات مثالية لاختبار السيناريو الذي تشكلت GCs في مراكز الهالات السوداء الهائلة. بمقارنة النماذج التحليلية بملاحظات GCs هذه ، نستنتج أنه لا يمكن تضمين هذه GCs داخل هالات مظلمة بكتلة فيروسية أكبر من 10 ^ 6 Msun ، أو ، على نحو مكافئ ، يجب أن تكون نسبة كتلة المادة المظلمة إلى الكتلة النجمية Mdm / م _ * & lt1. إذا كانت هذه التجمعات الأرضية قد دارت بالفعل داخل حقول المد والجزر الضعيفة طوال حياتها ، فإن هذه الحدود تعني أن هذه التجمعات الأرضية لم تتشكل داخل هالاتها المظلمة. يتم أيضًا تفسير الملاحظات الأخيرة لهالة نجمية ممتدة في GC NGC 1851 في سياق نماذجنا التحليلية. تمت مناقشة الآثار المترتبة على هذه النتائج لتشكيل GCs بإيجاز.


لا يوجد دليل على وجود قرص مادة مظلمة في حدود 4 كيلوبتونات من مستوى المجرة

C. Moni Bidin، G. Carraro، R.A Mendez، W.F van Altena
(تم التقديم في 4 نوفمبر 2010)
قدرنا كثافة كتلة السطح الديناميكي (Sigma) على مسافة مركزية المجرة الشمسية بين 2 و 4 kpc من مستوى المجرة ، كما يستدل من علم الحركة المرصود للقرص السميك. نجد Sigma (z = 2 kpc) = 57.6 + -5.8 Mo pc ^ -2 ، ويظهر فقط زيادة طفيفة في النطاق z الذي أخذناه في الاعتبار من خلال تحقيقنا. قارنا نتائجنا بتوقعات الكتلة المرئية ، واعتمدنا أحدث التقديرات في الأدبيات لمساهمات القرص النجمي المجري والوسط النجمي ، ونماذج مقترحة لتوزيع المادة المظلمة. Our results match the expectation for the visible mass alone, never differing from it by more than 0.8 $Mo pc^-2 at any z, and thus we find little evidence for any dark component. We assume that the dark halo could be undetectable with our method, but the dark disk, recently proposed as a natural expectation of the LambdaCDM models, should be detected. Given the good agreement with the visible mass alone, models including a dark disk are less likely, but within errors its existence cannot be excluded. In any case, these results put constraints on its properties: thinner models (scale height lower than 4 kpc) reconcile better with our results and, for any scale height, the lower-density models are preferred. We believe that successfully predicting the stellar thick disk properties and a dark disk in agreement with our observations could be a challenging theoretical task.


المجرات

The spiral galaxy M100
Credit:STSci (HST)

A galaxy is a large collection of stars, dust and gas, and a substance called المادة المظلمة, all held together by gravity.

Galaxies come in all shapes and sizes, which you can explore below in the classification section. The smallest dwarf galaxies contain just a few million stars, whereas the largest giants can contain around 1 trillion stars - that's an incredible 1,000,000,000,000 stars. What's more, there are believed to be around 100 billion (100,000,000,000) galaxies in the observable Universe.

Our 'Weighing' the Universe Workshop gives students an understanding of how massive the Universe is.

In fact, mathematicians have estimated that there are at least 100 stars in the Universe for every grain of sand on Earth's beaches - yes, every last one of them.

Our Solar System sits towards the edge of a large spiral galaxy called the Milky Way, and our Sun is about 26,000 light-years from its centre. Compare that to our nearest star, Alpha Centauri, which is just 4.4 light-years away.

It is thought that super-massive black holes may exist at the centre of many, if not all, galaxies. Indeed, observations of star movements close to the centre of the Milky Way suggest that it contains at least one such object.


شاهد الفيديو: ما الذي تخبئه المادة المظلمة (أغسطس 2022).