مهمة تلسكوب إقليدس الفضائية – كشف ألغاز الكون المظلم
في الأول من تموز (يوليو) ، من المقرر أن تبدأ مهمة إقليدس التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) في رحلة غير عادية ، حيث تنطلق إلى الفضاء على متن صاروخ فالكون 9 من سبيس إكس. الهدف الأساسي للبعثة هو التحقيق في العوالم الغامضة للكون المعروفة باسم “المادة المظلمة” و “الطاقة المظلمة”. يُعتقد أن هذه الكيانات المراوغة مسؤولة عن نسبة مذهلة تبلغ 95٪ من إجمالي كثافة الطاقة في الكون. ومع ذلك ، فإن مهمة إقليدس الرائدة تمتد إلى ما هو أبعد من استكشاف المادة المظلمة والطاقة المظلمة ، حيث إنها تمتلك أيضًا القدرة على تحدي نظرية النسبية العامة الشهيرة لألبرت أينشتاين. مع اقتراب موعد الإطلاق بسرعة ، ينتظر المجتمع العلمي بفارغ الصبر هذا الحدث الهام على أمل إلقاء الضوء على بعض من أكثر الألغاز عمقًا في الكون.
لغز المادة المظلمة
ظهر مفهوم المادة المظلمة لأول مرة منذ ما يقرب من قرن من الزمان عندما لاحظ علماء الفلك أن المجرات داخل العناقيد كانت تعرض سرعات عالية بشكل غير متوقع. كانت هذه السرعات لا يمكن تفسيرها ، حيث كان من المفترض أن تتسبب في تفكك العناقيد. أصبح وجود كتلة إضافية واضحًا ، والتي لا تشع ضوءًا مثل المادة المرئية. وهكذا ، تم صياغة مصطلح “المادة المظلمة” لوصف هذه المادة الغامضة.
برزت عدسة الجاذبية ، وهي ظاهرة تنبع من فهمنا للنسبية العامة ، كأداة قوية لرصد المادة المظلمة. عندما ينتقل الضوء من مجرات بعيدة ، يتشوه مساره بفعل تأثير الجاذبية لمجموعات كبيرة من المادة ، مظلمة ومضيئة على حد سواء. وبالتالي ، يتغير مظهر هذه المجرات البعيدة وموقعها ، مما يوفر رؤى قيمة حول وجود المادة المظلمة.
تظهر عناقيد المجرات الضخمة تأثيرات عدسات ثقالية واضحة بشكل خاص ، حيث تظهر المجرات ممتدة إلى أقواس طويلة. تسمح هذه التشوهات اللافتة للعلماء بالتحقق من كمية المادة داخل الكتلة الأمامية ، مما يعيد التأكيد على وجود مادة مظلمة جوهرية داخل هذه المجموعات.
كشف لغز المادة المظلمة
تظل طبيعة المادة المظلمة بعيدة المنال ، على الرغم من أن العديد من الفيزيائيين يفترضون وجودها في شكل جسيم أولي لم يتم اكتشافه بعد. في البداية تم افتراض الأكسيونات لشرح الانتهاك الواضح لبعض التناظرات الأساسية في الطبيعة. ومع ذلك ، فإن الأساليب البديلة تتضمن التحقيق في الطبيعة الأساسية للجاذبية نفسها ، بدلاً من التذرع بالحاجة إلى المادة المظلمة. تشير بعض النماذج البديلة للجاذبية إلى أن قوة الجاذبية تضعف على نطاق المجرات وما وراءها. تهدف هذه النماذج إلى شرح منحنيات الدوران الملحوظة للمجرات دون وجود المادة المظلمة. ومع ذلك ، يجب أن تثبت هذه البدائل الاتساق عبر جميع المستويات حتى يتم اعتبارها منافسة قابلة للتطبيق.
على الرغم من العديد من عمليات البحث الأرضية عن جسيمات المادة المظلمة ، لا تزال الأدلة المهمة بعيدة المنال. لذلك ، فإن الملاحظات الفلكية للعناقيد المجرية تقدم أكثر الطرق الواعدة لاختبار العديد من نظريات المادة المظلمة. إن دقة تلسكوب إقليدس الاستثنائية ، التي يمكن مقارنتها بتلسكوب هابل الفضائي ، ولكنها تغطي ثلث السماء ، تجعلها أداة لا تقدر بثمن لمثل هذه التحقيقات. بالمقارنة مع تغطية هابل لـ 5٪ فقط من السماء ، فإن قدرة إقليدس على التقاط صور عناقيد ستزداد بمعامل يصل إلى مائة. تسمح هذه السعة المعززة بإجراء دراسة دقيقة لتوزيع المادة المظلمة داخل العناقيد ، مما يوفر رؤى مهمة حول أصلها ، وكتلتها ، وربما القضاء على مجموعة من الجسيمات المرشحة ونظريات الجاذبية.
الطاقة المظلمة والجاذبية: كشف الكون المتوسع
بالإضافة إلى المادة المظلمة ، فإن لغز الطاقة المظلمة يحير الفيزيائيين وعلماء الكون. تم اقتراح الطاقة المظلمة لتفسير الاكتشاف غير المتوقع لتسارع توسع الكون ، وهي ظاهرة تتعارض مع التوقعات المستمدة من نظرية أينشتاين في الجاذبية. أبسط تفسير للطاقة المظلمة هو أنها تمثل الطاقة الكامنة في الفضاء الفارغ ، والتي يشار إليها عادة باسم “طاقة الفراغ”.
يشير هذا التفسير إلى أنه مع تمدد الكون ، تزداد المساحة المكتسبة ، مما أدى إلى زيادة طاقة الفراغ ، مما أدى في النهاية إلى زيادة التسارع الملحوظ. بينما يقدم هذا التفسير البسيط بعض المعقولية ، فإنه يثير أسئلة غير مريحة ، مثل التباين الكبير بين كثافة الطاقة المظلمة المرصودة والتنبؤات المستمدة من نظرية الكم ، التي تحكم الكون على أصغر المقاييس.
تقترح النظريات البديلة أن الطاقة المظلمة قد لا تكون مادة أو شكلًا من أشكال الطاقة على الإطلاق. بدلاً من ذلك ، يمكن أن تشير إلى أن الجاذبية تتصرف بشكل مختلف على المقاييس الكونية ، مما يدفع إلى استكشاف نظريات الجاذبية الممتدة بما يتجاوز النسبية العامة. تفترض هذه النظريات وجود أبعاد مكانية إضافية أو حقول أساسية لم يتم اكتشافها بعد ، والتي تتفاعل مع الجاذبية. بدلاً من ذلك ، يقترحون أن نظرية أينشتاين لا تزال صالحة لحقول الجاذبية الضعيفة التي تم اختبارها على الأرض ولكنها تخضع لتحولات جذرية في حقول الجاذبية الشديدة بالقرب من آفاق حدث الثقب الأسود.
التحديات ودور إقليدس
يكمن التحدي الذي تواجهه نماذج الجاذبية البديلة في توفير إطار شامل وموحد يشرح كلاً من المادة المظلمة والطاقة المظلمة. من الناحية المثالية ، يجب أن تكون هذه النماذج متسقة عبر مختلف المقاييس ، مع الالتزام بمبدأ شفرة أوكام – تفضيل النظريات ذات الافتراضات الأقل.
تلعب مهمة إقليدس دورًا محوريًا في اختبار نماذج الجاذبية الغريبة هذه من خلال رسم خرائط لمواقع ملايين المجرات عبر مناطق كونية شاسعة. يتيح هذا المسح الشامل استكشاف “الشبكة الكونية” ، وهي بنية معقدة تتكون من خيوط وفراغات تتخلل الفضاء. تشكلت هذه الشبكة المعقدة ، التي نسجت في البداية بواسطة المادة المظلمة ثم ملأت بالمجرات ، من خلال مليارات السنين من الانهيار الثقالي. وبالتالي ، فإن هيكلها وخصائصها الإحصائية حساسة للغاية لقوانين الجاذبية التي تعمل على المقاييس الكونية. من خلال قياس هذه الخصائص بدقة ، لدى إقليدس القدرة على تمييز ما إذا كانت النظريات البديلة للجاذبية تتفوق على نظرية أينشتاين في شرح البيانات المرصودة.
التوقع والبحث عن الإجابات
بينما تستعد مهمة إقليدس للانطلاق في سماء فلوريدا ، ينبض مجتمع الفيزياء الفلكية بالإثارة والترقب. يمثل هذا المسعى الرائد أول مهمة أقمار صناعية مخصصة تهدف إلى رسم خرائط للمادة المظلمة والطاقة المظلمة. ستدوم ثروة البيانات التي جمعها إقليدس لأجيال ، مما يوفر لعلماء الكونيات نسيجًا غنيًا من المعلومات لاستكشافه. بينما يشهد العلماء والباحثون صعود إقليدس إلى الفضاء ، فإنهم يقتربون خطوة واحدة من كشف بعض الأسئلة الأساسية التي أثارت فضول الإنسان لعدة قرون. يمثل هدف مهمة إقليدس للتحقيق في الكون المظلم معلمًا رئيسيًا في سعينا لفهم ألغاز المادة المظلمة والطاقة المظلمة. من خلال استخدام التقنيات المتقدمة مثل عدسة الجاذبية ورسم الخرائط الشامل للمجرات ، يمتلك إقليدس القدرة على إحداث ثورة في فهمنا للكون. إن إطلاق إقليدس في الأول من تموز (يوليو) يبشر بعصر جديد من الاكتشافات ، ويعطي الأمل في أننا قد نفتح قريبًا الأسرار المخبأة في أعماق الكون المظلم.
المصدر: theconversation.com
الصور من عمل: European Space Agency
