لأكثر من خمس سنوات، ظل العلماء في تلسكوب القطب الجنوبي في القارة القطبية الجنوبية يراقبون السماء بكاميرات محسنة. نظرة موسعة للكون تلتقط الضوء المتبقي من الخلق المبكر للكون. ويقوم الباحثون الآن بتحليل الدفعة الأولية من البيانات ونشر التفاصيل في المجلة الفحص البدني د. تشير نتائج مجموعة البيانات المحدودة هذه إلى رؤى مستقبلية أكثر قوة حول طبيعة كوننا.

وتلقى التلسكوب الموجود في محطة أموندسن-سكوت للقطب الجنوبي، الذي تديره مؤسسة العلوم الوطنية، كاميرا جديدة تسمى SPT-3G في عام 2017. 16.000 كاشف– أكبر بعشر مرات من سابقتها – يعد SPT-3G مركزيًا للأبحاث متعددة المؤسسات كجزء من مختبر أرجون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. الهدف هو قياس الضوء الخافت المعروف باسم الخلفية الكونية الميكروية (CMB). إن CMP هو شفق الانفجار الكبير، عندما انفجر الكون من نقطة طاقة منذ حوالي 14 مليار سنة.

وقال جاتي بان، المؤلف الرئيسي للورقة البحثية وزميل ماريا جوبيرت ماير في أرجون: “إن CMP هو كنز ثمين لعلماء الكونيات”. “إن الاختلافات الصغيرة في درجة الحرارة والقطبية توفر نافذة فريدة على طفولة الكون.”

ال ورق داخل الفحص البدني د يوفر أول قياسات لعدسة الجاذبية CMB من SPT-3G. تحدث عدسة الجاذبية عندما تشوه شبكة الكون الواسعة من المادة الإشعاع CMB أثناء انتقاله عبر الفضاء. إذا وضعت الجزء السفلي المنحني لكأس نبيذ بجوار كتاب، فسوف يشتت الكوب رؤيتك للكلمات الموجودة خلفه. وبالمثل، تشكل المادة الموجودة في خط رؤية التلسكوب عدسة تعمل على ثني ضوء CMP ورؤيتنا له. وصف ألبرت أينشتاين هذا التشويه في نسيج الزمكان في نظريته النسبية العامة.

وتحمل قياسات هذا الاضمحلال أدلة على أسرار مثل الكون المبكر والمادة المظلمة، وهي مكون غير مرئي من الكون. وقال بان: “إن اكتشاف المادة أمر صعب لأنها لا تتفاعل مع الضوء أو الإشعاع الكهرومغناطيسي الآخر. وفي الوقت الحالي، لا يمكننا مراقبتها إلا من خلال تفاعلات الجاذبية”.

لقد ظل العلماء يراقبون الإشعاع CMB باستخدام التلسكوبات على الأرض وفي الفضاء منذ اكتشافه في الستينيات. على الرغم من أن التحليل الجديد يستخدم بضعة أشهر فقط من بيانات SPT-3G من عام 2018، إلا أن قياس عدسة الجاذبية يعد تنافسيًا بالفعل في هذا المجال.

قال أرجون والفيزيائية آمي بندر: “أحد الأجزاء الأكثر إثارة في هذه الدراسة هو أننا عندما بدأنا في إجراء الملاحظات باستخدام SPT-3G، جاء ذلك أساسًا نتيجة لتشغيل البيانات – وكان التأثير رائعًا بالفعل”. مؤلف مشارك للورقة. “لا يزال لدينا خمس سنوات من البيانات التي نقوم بتحليلها الآن، لذا فهي تشير إلى أشياء قادمة.”

يخلق الغلاف الجوي الجاف والمستقر والموقع البعيد لتلسكوب القطب الجنوبي أقل قدر ممكن من التداخل عند صيد أنماط CMB. ومع ذلك، فإن البيانات الواردة من كاميرا SPT-3G شديدة الحساسية تحتوي على تلوث من الغلاف الجوي، وكذلك من مجرتنا ومصادر خارج كوكب الأرض.

قد يستغرق تحليل بيانات بضعة أشهر من SPT-3G سنوات، حيث يجب على الباحثين التحقق من البيانات، وتصفية الضوضاء، وتفسير القياسات. استخدموا مجموعة مخصصة، مجموعة من أجهزة الكمبيوتر، في مركز موارد الكمبيوتر في مختبر أرجون لإجراء بعض الحسابات الخاصة بالبحث.

وقال بان: “لقد وجدنا أن أنماط العدسات التي لوحظت في هذه الدراسة تم تفسيرها بشكل جيد من خلال النسبية العامة”. “هذا يشير إلى أن فهمنا الحالي للجاذبية ينطبق على هذه المقاييس الكبيرة. كما أنه يعزز فهمنا الحالي لكيفية تشكل هياكل المادة في عالمنا.”

ستساعد أيضًا خرائط SPT-3G المستخرجة من سنوات إضافية من البيانات في استكشاف فكرة أن التضخم الكوني، أو الكون المبكر، خضع لتوسع أسي سريع. وأشار بان إلى أن التضخم الكوني هو “حجر زاوية آخر في علم الكونيات”، ويبحث العلماء عن علامات على موجات الجاذبية المبكرة وغيرها من الأدلة المباشرة على هذه النظرية. يؤدي وجود عدسة الجاذبية إلى حدوث تداخل مع الأختام التضخمية، مما يستلزم إزالة هذا التلوث، والذي يتم حسابه باستخدام قياسات العدسة الدقيقة.

بعض النتائج من بيانات SPT-3G الجديدة سوف تعزز المعرفة الموجودة، في حين أن البعض الآخر سوف يثير أسئلة جديدة.

وقال بندر، الذي يشغل منصبا مشتركا في جامعة شيكاغو: “في كل مرة نضيف فيها المزيد من البيانات، نجد المزيد من الأشياء التي لا نفهمها”. “بينما تقوم بتقشير طبقات هذه البصلة، ستتعلم المزيد والمزيد عن آلتك وقياسك العلمي للسماء.”

لا يُعرف سوى القليل عن العناصر غير المرئية في الكون، وأي فهم لها مهم، “كلما تعلمنا أكثر عن توزيع المادة، كلما فهمنا عن كثب طبيعتها ودورها في خلق الكون الذي نعيش فيه اليوم”.