عندما يتعلق الأمر بالدقة ، يسعى الجميع لمئة في المائة ، لكن قياس المسافات الكونية يترك قليلاً للصدفة. قبل أيام قليلة ، أعلن باحثون من المسح الطيفي التذبذبي باريون (BOSS) للعالم أنهم تمكنوا من قياس المسافة إلى المجرات التي تقع على بعد أكثر من ستة مليارات سنة ضوئية إلى مستوى ثقة واحد بالمائة فقط. إذا كان هذا الإعلان لا يبدو مثيرًا ، ففكر فيما يعنيه بالنسبة لدراسات أخرى. تعطي هذه القياسات الجديدة معلمة لخصائص "الطاقة المظلمة" المنتشرة في كل مكان - مصدر التوسع العالمي.
قال ديفيد شليجل ، الفيزيائي في مختبر لورنس بيركلي الوطني (LBNL) والمحقق الرئيسي في BOSS: "لا توجد أشياء كثيرة في حياتنا اليومية نعرفها بدقة بنسبة واحد بالمائة". "أعرف الآن حجم الكون أفضل مما أعرف حجم بيتي."
تم تقديم نتائج فريق البحث في اجتماع الجمعية الفلكية الأمريكية من قبل عالم الفلك في جامعة هارفارد دانييل آيزنشتاين ، مدير مسح Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) ، المنظمة العالمية التي تتضمن BOSS. وقد تم تفصيلها في سلسلة من المقالات التي تم تقديمها إلى الدوريات من خلال تعاون BOSS الشهر الماضي ، وكلها متاحة الآن كطبقات مسبقة عبر الإنترنت.
قال آيزنشتاين: "إن تحديد المسافة هو تحد أساسي لعلم الفلك". "ترى شيئًا في السماء - كم يبعد؟ بمجرد معرفة مدى بعده ، يصبح تعلم كل شيء آخر عنه أسهل فجأة. "
عندما يتعلق الأمر بقياس المسافات في الفضاء ، استخدم الفلكيون العديد من الطرق. لقياس المسافات إلى الكواكب تم تحقيقها باستخدام الرادار ، ولكن لديها قيودها والتقدم في الفضاء يعني طريقة أقل مباشرة. على الرغم من أنها أثبتت أنها دقيقة بشكل مثير للدهشة ، لا يزال هناك عامل عدم يقين متضمن - يتم التعبير عنه كنسبة مئوية. على سبيل المثال ، إذا كنت ستقيس المسافة من كائن يبعد 200 ميل إلى داخل قيمة حقيقية تبلغ ميلين ، فقد قمت بالقياس بدقة 1٪. من الناحية الكونية ، فقط بضع مئات من النجوم وحفنة من العناقيد النجمية قريبة بالفعل بما يكفي لتوقع مسافاتها بدقة. يقيمون داخل مجرة درب التبانة وعلى بعد بضعة آلاف من السنين الضوئية. BOSS يأخذها إلى أقصى حد ... قياساتها تتجاوز حدود المجرة لدينا ، أكثر من مليون مرة ، وتضع الكون بدقة لا مثيل لها.
بفضل هذه القياسات الجديدة عالية الدقة للمسافة ، يتقدم علماء الفلك BOSS إلى الأمام في مجال الطاقة المظلمة. أوضح آيزنشتاين: "نحن لا نفهم بعد ما هي الطاقة المظلمة ، ولكن يمكننا قياس خصائصها. ثم نقارن هذه القيم بما نتوقعه منها ، نظرًا لفهمنا الحالي للكون. كلما كانت قياساتنا أفضل ، كلما تعلمنا أكثر. "
فقط كيف يتم ذلك؟ إن تحقيق قياس واحد في المائة عند ستة مليارات سنة ضوئية ليس سهلاً مثل قياس جسم النظام الشمسي ، أو حتى القياس الموجود داخل مجرتنا. وهنا يأتي دور BOSS. إنه أكبر المشاريع الأربعة التي يتكون منها مسح Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) ، وتم بناؤه للاستفادة من هذه التقنية: قياس ما يسمى ب "التذبذبات الصوتية الباريونية" (BAOs) ، والتموجات الدورية الدقيقة في توزيع المجرات في الكون. هذه التموجات هي توقيع موجات الضغط التي كانت تجوب الكون في وقت مبكر في وقت كانت فيه الأشياء ساخنة وكثيفة لدرجة أن الفوتونات سار مع الباريونات - المادة التي تخلق نوى الذرات. بما أن حجم التموج معروف ، يمكن قياس هذا الحجم الآن عن طريق تعيين المجرات.
قال أشلي روس ، عالم الفلك من جامعة بورتسموث: "بفضل قياسات المجرات هذه ، أعطتنا الطبيعة مسطرة جميلة". "يبلغ طول المسطرة نصف مليار سنة ضوئية ، لذلك يمكننا استخدامها لقياس المسافات بدقة ، حتى من مسافة بعيدة جدًا.
باستخدام أدواتها المتخصصة التي يمكنها إجراء قياسات تفصيلية لألف مجرة في وقت واحد ، واجه BOSS تحديًا كبيرًا - رسم خريطة لموقع أكثر من مليون مجرة. قال Kaike Pan ، الذي يقود فريق المراقبين في تلسكوب مؤسسة Sloan Foundation بطول 2.5 متر من SDSS-III في مرصد Apache Point في "في ليلة صافية عندما يسير كل شيء على أكمل وجه ، يمكننا إضافة أكثر من 8000 مجرة وكوازار إلى الخريطة". المكسيك جديدة.
على الرغم من أن فريق البحث BOSS قدم خرائط المجرات المبكرة وبدء قياسات BAO قبل عام ، فإن هذه البيانات الجديدة تغطي ضعف مساحة الأرض وتعطي قياسًا أكثر دقة - بما في ذلك تلك المجرات القريبة. أوضحت ريتا توجيرو ، عالمة الفلك في جامعة بورتسموث ، التي شاركت في رئاسة مجموعة المجرات BOSS: "إن إجراء هذه القياسات على مسافتين مختلفتين يتيح لنا أن نرى كيف تغير توسع الكون بمرور الوقت ، مما سيساعدنا على فهم سبب تسارعه". مجموعة عمل جنبا إلى جنب مع جيريمي تينكر من جامعة نيويورك.
كما تجري دراسة مماثلة ماريانا فارغاس ماجانا ، باحثة ما بعد الدكتوراه في جامعة كارنيجي ميلون. لتمكين المزيد من الدقة ، تبحث في أي تأثيرات دقيقة يمكن أن تؤثر على قياسات BOSS. قال Vargas-Magana: "عندما تحاول الوصول إلى واحد بالمائة ، يجب أن تكون متخوفًا من كل شيء يمكن أن يسير بشكل خاطئ قليلاً" ، على سبيل المثال ، الاختلافات الطفيفة في كيفية تحديد المجرات يمكن أن تتخلص من القياس الكامل لذا يجب فحص أجزاء مختلفة من السماء بعناية. قال Vargas-Magana: "لحسن الحظ ، هناك الكثير من الأشخاص الحريصين في فريقنا للتحقق من افتراضاتنا. وبحلول الوقت الذي يكون فيه جميعهم راضين ، نحن على يقين من أننا لم نفوت أي شيء ".
اعتبارًا من الوقت الحاضر ، تبدو نتائج BOSS الجديدة متسقة مع ما نعتبره شكلاً من أشكال الطاقة المظلمة - وهو ثابت موجود طوال تاريخ الكون. وفقًا للبيان الصحفي ، فإن "الثابت الكوني" هو واحد من ستة أرقام فقط مطلوبة لإنشاء نموذج يتزامن مع حجم الكون وهيكله. يقارن Schlegel هذا النموذج المكون من ستة أرقام مع جزء من الزجاج ، يتم تثبيته في مكانه بواسطة مسامير تمثل قياسات مختلفة لتاريخ الكون. قال شليغل: "تمتلك شركة BOSS الآن واحدة من أضيق البراغي ، وقمنا بإعطائها نصف دورة أخرى". "في كل مرة تصعد فيها التوتر ولا ينكسر الزجاج ، فهذا نجاح للنموذج".
مصدر القصة الأصلي: Sloan Digital Sky Survey III News Release. لمزيد من القراءة: بيان صحفي لمعهد ماكس بلانك.
