في الستينيات ، بدأ علماء الفلك في ملاحظة أن الكون يبدو أنه يفتقد بعض الكتلة. بين الملاحظات المستمرة للكون ونظرية النسبية العامة ، قرروا أن جزءًا كبيرًا من الكتلة في الكون يجب أن يكون غير مرئي. ولكن حتى بعد إدراج هذه "المادة المظلمة" ، لا يزال بإمكان علماء الفلك أن يمثلوا حوالي ثلثي جميع المواد المرئية (المعروفة أيضًا باسم الباريونية).
أدى هذا إلى ما أطلق عليه علماء الفيزياء الفلكية "مشكلة الباريون المفقودة". ولكن في النهاية ، وجد العلماء ما قد يكون آخر مادة طبيعية مفقودة في الكون. ووفقًا لدراسة حديثة أجراها فريق من العلماء الدوليين ، فإن هذه المادة المفقودة تتكون من خيوط غاز الأكسجين المتأين للغاية الموجود في الفضاء بين المجرات.
ظهرت الدراسة التي حملت عنوان "ملاحظات الباريونات المفقودة في الوسط الدافئ بين المجرات" في المجلة العلمية. طبيعة. قاد الدراسة فابريزيو نيكاسترو ، الباحث من Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) في روما ، وشمل أعضاء من معهد SRON الهولندي لأبحاث الفضاء ، ومركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) ، ومعهد علم الفلك الجامعي Nacional Autonoma de Mexico ، والمعهد الوطني للفلكيين ، و icaptica y Electrónica ، ومعهد Astrofísica de La Plata (IALP-UNLP) وجامعات متعددة.
من أجل دراستهم ، استشار الفريق بيانات من سلسلة من الأدوات لفحص الفضاء بالقرب من كوازار يسمى 1ES 1553. الكوازارات هي مجرات ضخمة للغاية مع نواة المجرة النشطة (AGN) التي تنبعث منها كميات هائلة من الطاقة. هذه الطاقة هي نتيجة لتراكم الغاز والغبار على الثقوب السوداء الهائلة (SMBHs) في مركز مجراتها ، مما يؤدي إلى بث الثقوب السوداء إشعاعات ونفاثات من الجسيمات شديدة السخونة.
في الماضي ، اعتقد الباحثون أنه من المادة الطبيعية في الكون ، كان ما يقرب من 10 ٪ مرتبطًا في المجرات بينما كان 60 ٪ موجودًا في سحب غاز منتشرة تملأ الفراغات الشاسعة بين المجرات. ومع ذلك ، فإن هذا لا يزال يترك 30٪ من المواد الطبيعية في عداد المفقودين. سعت هذه الدراسة ، التي كانت تتويجًا للبحث لمدة 20 عامًا ، إلى تحديد ما إذا كان يمكن أيضًا العثور على الباريونات الأخيرة في الفضاء بين المجرات.
تم اقتراح هذه النظرية من قبل تشارلز دانفورث ، وهو باحث مشارك في CU Boulder ومؤلف مشارك في هذه الدراسة ، في ورقة عام 2012 التي ظهرت في المجلة الفيزيائية الفلكية - بعنوان "تعداد باريون في وسط متعدد المجرات متعدد الأطوار: 30٪ من الباريون ربما لا يزالون مفقودين". في ذلك ، اقترح دانفورث أنه من المرجح أن توجد الباريونات المفقودة في الوسط بين المجرات الحارة (WHIM) ، وهو نمط يشبه الويب في الفضاء موجود بين المجرات.
وكما أشار مايكل شول - أستاذ علوم الفيزياء الفلكية والكواكب في جامعة كولورادو بولدر وأحد المؤلفين المشاركين في الدراسة - فإن هذه التضاريس البرية بدت وكأنها المكان المثالي للنظر. "هنا أصبحت الطبيعة منحرفة للغاية ،" هو قال. "يحتوي هذا الوسط بين المجرات على خيوط من الغاز عند درجات حرارة تتراوح بين بضعة آلاف إلى بضعة ملايين درجة."
لاختبار هذه النظرية ، استخدم الفريق بيانات من مطياف الأصول الكونية (COS) على تلسكوب هابل الفضائي لفحص WHIM بالقرب من الكوازار 1ES 1553. ثم استخدموا مهمة المرايا المتعددة الشعاع التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ( XMM-Newton) للبحث عن كثب لعلامات الباريونات ، التي ظهرت في شكل نفاثات مؤينة للغاية من غاز الأكسجين يتم تسخينها إلى درجات حرارة حوالي 1 مليون درجة مئوية (1.8 مليون درجة فهرنهايت).
أولاً ، استخدم الباحثون COS على تلسكوب هابل الفضائي للحصول على فكرة عن المكان الذي قد يجدون فيه الباريونات المفقودة في WHIM. بعد ذلك ، دخلوا في تلك الباريونات باستخدام القمر الصناعي XMM-Newton. في الكثافات التي سجلوها ، خلص الفريق إلى أنه عند استقراء الكون بأكمله ، يمكن أن يمثل غاز الأكسجين المتأين هذا آخر 30 ٪ من المادة العادية.
وكما أوضح البروفيسور شول ، فإن هذه النتائج لا تحل فقط لغز الباريونات المفقودة ، بل يمكنها أيضًا إلقاء الضوء على كيفية بدء الكون. وقال "هذه إحدى الركائز الأساسية لاختبار نظرية الانفجار الكبير: معرفة تعداد الباريون للهيدروجين والهليوم وكل شيء آخر في الجدول الدوري".
وبالنظر إلى المستقبل ، أشار شول إلى أن الباحثين يأملون في تأكيد نتائجهم من خلال دراسة أشباه النجوم الأكثر سطوعًا. سوف يستكشف شول ودانفورث أيضًا كيفية وصول غاز الأكسجين إلى هذه المناطق من الفضاء بين المجرات ، على الرغم من أنهم يشكون في أنه تم تفجيره هناك على مدى مليارات السنين من المجرات والكوازارات. في هذه الأثناء ، مع ذلك ، كيف أصبحت "المادة المفقودة" جزءًا من WHIM يبقى سؤالًا مفتوحًا. كما سأل دانفورث:
كيف تنتقل من النجوم والمجرات إلى الفضاء بين المجرات ؟. هناك نوع من البيئة يحدث بين المنطقتين ، وتفاصيل ذلك غير مفهومة ".
بافتراض أن هذه النتائج صحيحة ، يمكن للعلماء الآن المضي قدمًا في نماذج علم الكونيات حيث يتم حساب جميع "المادة الطبيعية" الضرورية ، مما سيجعلنا أقرب إلى فهم كيفية تشكل الكون وتطوره. الآن إذا استطعنا فقط العثور على تلك المادة المظلمة المراوغة والطاقة المظلمة ، سيكون لدينا صورة كاملة عن الكون! آه ، سر واحد في كل مرة ...
