Planck Constraints on Turbulence in the Coma Cluster
من خلال إعادة تحليل تقلبات السطوع السطحي لـ "سونيايف-زيلدوفيتش" في إشعاع الخلفية الميكروية الكونية لكتلة "كوما" باستخدام إطار استدلال قائم على المحاكاة، تضع هذه الدراسة قيوداً على اضطراب الوسط بين العنقودي بحيث يكون له مقياس حقن كبير يبلغ حوالي 540 كيلوبارسك، وميل يشبه نموذج كولموغوروف، ورقم ماخ ثلاثي الأبعاد جوهري قدره 0.60، مما يشير إلى دعم ضغط غير حراري كبير يتوافق مع قياسات السرعة الأخيرة من مرصد "إكس ريسم" (XRISM).
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تخيل أن الكون مليء بفقاعات ضخمة وغير مرئية من الغاز الساخن، تمتد لملايين السنين الضوئية عبر الفضاء. هذه هي العناقيد المجرية، وهي أكبر الهياكل في الكون التي يربطها الجاذبية. داخل هذه الفقاعات، لا يستقر الغاز ساكناً؛ بل هو في حالة غليان، ودوران، واصطدام ببعضه البعض مثل خلاط كوني هائل. هذه الحركة الفوضوية تسمى الاضطراب. تماماً مثل الرياح التي تهب عبر غابة أو المياه التي تندفع فوق الصخور، يخلق هذا الاضطراب ضغطاً. يهتم العلماء بهذا الأمر بعمق لأنه إذا تجاهلوا "الدفع" الناتج عن هذا الغاز المتلاطم، فسيحصلون على إجابة خاطئة عند محاولة وزن العنقود بأكمله. الأمر يشبه محاولة تخمين وزن شخص من خلال النظر إلى ترامبولين يقفز عليها، لكنك تنسى أن زنبركات الترامبولين تدفع للأعلى أيضاً. إذا لم تأخذ في الاعسب هذا الدفع الإضافي، فستعتقد أن الشخص أخف مما هو عليه في الواقع.
لفهم هذا الغليان الكوني، ينظر علماء الفلك عادةً إلى الغاز بطريقتين. إحدى الطريقتين هي الاستماع إلى "غناء" الغاز باستخدام تلسكوبات الأشعة السينية، والتي يمكنها سماع سرعة جزيئات الغاز مباشرة. لكن هذه التلسكوبات لا تستطيع سماع سوى جزء صغير جداً من الأغنية في كل مرة. أما الطريقة الأخرى، فهي مراقبة كيفية تموج ضغط الغاز عبر العنقود بأكته، مثل مراقبة التموجات على سطح بركة بعد إلقاء حجر فيها. يركز هذا البحث على تلك الطريقة الثانية، باستخدام خريطة خاصة للكون أطلقها القمر الصناعي "بلانك". أراد الباحثون معرفة مدى حجم "الأحجار" التي تسبب هذه التموجات، ومدى سرعة حركة الغاز، وكم يبلغ مقدار الضغط الكلي الذي يأتي من هذه الحركة المضطربة.
قام الفريق، بقيادة بابتيست سيغال، بإعادة نظر جديدة في عنقود "كوما"، وهو عنقود مجري ضخم وقريب من الأرض، ومعروف بأنه فوضوي بعض الشيء، حيث تصطدم به مجموعات أصغر من المجرات. وبدلاً من مجرد التخمين، استخدموا خدعة ذكية تسمى "الاستدلال القائم على المحاكاة". فكر في الأمر كأنه لعبة فيديو حيث يقوم الكمبيوتر بتوليد ملايين النسخ المختلفة من عنقود "كوما"، كل منها يحتوي على مستويات مختلفة من الاضطراب، وأحجام مختلفة من العواصف الدوارة، وسرعات مختلفة. ثم يقوم الكمبيوتر بمقارنة هذه الخرائط المزيفة بالخريطة الحقيقية من القمر الصناعي "بلانك". وهو يحتفظ بالنسخ التي تبدو أكثر شبهاً بالواقع ويرمي تلك التي لا تتناسب معها.
من خلال تشغيل هذه التجربة الرقمية الضخمة، وجد المؤلفون أن الاضطراب في عنقود "كوما" مدفوع بأحداث ضخمة. فقد حسبوا أن "مقياس الحقن" — أي حجم أكبر العواصف الدوارة — يبلغ حوالي 540 كيلوبارسك (مع نطاق محتمل يتراوح بين 200 إلى 990 كيلوبارسك). ولوضع ذلك في السياق، فإن ذلك يمثل نظاماً عاصفاً يبلغ عرضه حوالي 1.7 مليون سنة ضوئية. كما وجدوا أن الغاز يتحرك بسرعات تتراوح بين 357 و1,095 كيلومتر في الثانية. هذه سرعة هائلة؛ فالرصاصة تسير بسرعة حوالي 1 كيلومتر في الثانية، مما يعني أن هذا الغاز يتحرك بمئات المرات أسرع من رصاصة منطلقة.
تشير الدراسة إلى أن هذه الحركة الجامحة توفر قدراً كبيراً من الضغط الإضافي، حيث تمثل حوالي 17% من إجمالي الضغط في العنقود. وهذا أمر بالغ الأهمية لأنه يؤكد أنه إذا تجاهل علماء الفلك هذا الاضطراب، فإنهم سيقللون من تقدير كتلة العنقود بنسبة ملحوظة. وتتوافق النتائج بشكل جيد مع الدراسات الحديثة الأخرى التي استخدمت طرقاً مختلفة، بما في ذلك القياسات المباشرة من قمر "إكسريم" الصناعي، مما يعزز الثقة في فكرة أن عنقود "كوما" هو بالفعل مكان مضطرب للغاية.
ومع ذلك، يلاحظ المؤلفون بحذر أنه بينما لديهم فهم جيد لحجم العواصف وسرعة الغاز، فإن تحديد "ميل" الاضطراب بدقة (كيف تتغير الطاقة من الدوامات الكبيرة إلى الدوامات الصغيرة) لا يزال أمراً صعباً. تشير البيانات إلى أن الاضطراب يتبع نمطاً مشابهاً لما نراه في الماء أو الهواء على الأرض، لكن الأدلة ليست قوية بما يكفي للجزم بذلك بعد. ويخلص البحث إلى أنه بينما تعمل طريقتهم بشكل رائع لهذا العنقود العملاق والفوضوي، فإن النظر في عناقيد أصغر أو أكثر بعداً سيتطلب عيوناً أكثر حدة من التلسكوبات المستقبلية. في الوقت الحالي، نجحوا في رسم خريطة للقلب المضطرب وغير المرئي لعنقود "كوما"، مما يظهر لنا أن الكون أكثر ديناميكية وحيوية مما قد توحي به صورة ساكنة وهادئة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.