سرعة توسع الكون تفوق كل التوقعات

 الكون يتوسع بمعدل أسرع

تسلط دراسة جديدة الضوء على اللغز الذي يحوم حول ثابت هابل، وهو أحد أهم القيم في علم الفلك.

تشير الدلائل الجديدة إلى أن معدل التوسع الحالي للكون أكبر من معدل توسع الكون في سنواته الأصغر، وهو فرق يدفع العلماء إلى إجراء أبحاث حول القوى الكونية التي قد تلعب دورًا. إذا تأكد، فإن معدل التغيير (9٪ أسرع من المتوقع) سيجبرنا على إعادة التفكير في بعض الجوانب الأساسية للكون.

النتائج المنشورة في مجلة الفيزياء الفلكية هي آخر الأخبار في الجدل اللامتناهي حول ثابت هابل ، الذي يصف معدل تمدد الكون في أي وقت.

في السنوات الأخيرة ، أظهرت العديد من الدراسات أن قياسات ثابت هابل وفقًا للخلفية الكونية المنتشرة (أقدم ضوء في الكون ، انبعث بعد 380 ألف سنة من الانفجار العظيم) تتعارض مع التقديرات. مصنوعة من نجوم أصغر سنا ، على سبيل المثال نجوم مجرتنا درب التبانة ، حتى بعد الأخذ في الاعتبار القوى الكونية الغامضة مثل الطاقة المظلمة التي تسرع توسع الكون.

يقول مؤلف الدراسة الرئيسي آدم ريس ، عالم الفلك بجامعة "جونز هوبكنز" ، الحائز على جائزة: "تجاوز الكون كل توقعاتنا للتوسع ، وهو أمر مزعج للغاية". في عام 2011 مع جائزة نوبل في الفيزياء للمساعدة في تسليط الضوء على الطاقة المظلمة جنبًا إلى جنب مع Saul Perlmutter و Brian P. Schmidt.

اقرأ أيضا: أول رائد فضاء في التاريخ

بالنسبة للبعض، يرجع هذا التناقض إلى الطبيعة غير المكتملة للبيانات ، أو إلى أخطاء غير مكتشفة تشوه التقديرات. ومع ذلك، استنادًا إلى القياسات الأخيرة لمحيطنا الكوني التي اتخذها تلسكوب هابل الفضائي ، يقول "ريس" وزملاؤه إن الفجوة ليست حقيقية فحسب ، بل إنها أكبر مما كانت عليه.

في الدراسة الجديدة، قدر فريق "ريس" أن ثابت هابل هو 74.03 كيلومتر / ثانية / ميغاباسك (كيلومتر في الثانية لكل ميجا فرسخ) ، زائد أو ناقص 1.42. رقم لا يتوافق مع أفضل تقديرات بلانك ، المرصد الفضائي الذي طورته وكالة الفضاء الأوروبية ومؤلف أكثر القياسات دقة حتى الآن للإشعاع الكوني الميكروي. تضع بيانات بلانك ثابت هابل عند حوالي 67.4 كم / ثانية / مليون قطعة ، زائد أو ناقص 0.5. من الناحية الإحصائية ، يبلغ الفرق بين هاتين النتيجتين حوالي 4.4 سيغما ، أو احتمال 1 من 100000 أن يكون الاختلاف بسبب الصدفة.

"للتوضيح ، خذ على سبيل المثال طفلاً يبلغ من العمر عامين وقم بقياس طوله ثم حاول تقدير طوله عندما يكبر. يمكنك بعد ذلك الانتظار حتى يكبر لقياسه مرة أخرى ، "يوضح "ريس". إذا ذهب الأمر إلى أبعد من هذا الاستقراء ، فإننا نواجه لغزًا حقيقيًا. هناك شيء خاطئ في فهمنا لكيفية نشأته. "

توقيت الكون

يتطلب حساب ثابت هابل وبالتالي معدل تمدد الكون كدالة لحركات النجوم نوعين من البيانات: مدى بعد نجم معين ومدى سرعة تحركه بعيدًا عنا.

لقياس سرعة النجم ، يتتبع علماء الفلك الاختلافات في الضوء المنبعث من ذلك النجم. لقياس المسافة، يستخدمون مجموعة متنوعة من الأدوات تتراوح من الهندسة المباشرة إلى المراقبة الدقيقة للنجوم المتغيرة التي تسمى cepheids. يزداد لمعان هذه النجوم وينخفض ​​على فترات منتظمة ، ويرتبط إيقاع هذه النبضات ارتباطًا وثيقًا بالإضاءة العامة للنجم: كلما كان أكثر إشراقًا ، كانت نبضاته أبطأ.

يمكن لعلماء الفلك استخدام هذه العلاقة كقاعدة. من خلال قياس إيقاع نبضات Cepheids، يمكنهم استنتاج لمعان النجم ومقارنة هذا اللمعان المطلق بما يرصدونه، يمكنهم استنتاج المسافة التي تفصلنا عن هذا النجم. من الممكن أيضًا دمج Cepheids مع ملاحظة بعض الانفجارات النجمية لقياس مسافات أبعد في الكون.

استغرق تطوير هذا "مقياس المسافات الكونية" عدة سنوات من العمل لعلماء الفلك وما زالوا يحاولون جعله أكثر دقة. في هذه الدراسة، استخدم فريق "ريس" تلسكوب هابل الفضائي لمسح 70 سيفيدًا من سحابة ماجلان الكبيرة، وهي مجرة ​​تابعة لنا ذات شكل غير منتظم. سمحت لهم هذه البيانات الجديدة بتقدير المسافات بين الأرض وأجسام سحابة "ماجلان" الكبيرة بدقة أكبر، وبفضل ذلك تمكنوا من استنتاج ثابت هابل بدقة عالية جدًا.

الحسابات المتوازنة

إذا كانت سرعة تمدد الكون أكبر من توقعاتنا ، فسيتعين وضع نظريات فيزيائية جديدة لتفسير هذا الاختلاف. هل الطاقة المظلمة أكثر غرابة أم أكثر نشاطًا مما نعتقد؟ هل المادة المظلمة أكثر تعقيدًا من توقعاتنا؟ هل هناك أي نوع آخر من الجسيمات غير مرئي في الكون مثل النيوترينوات العقيمة التي تتفاعل مع نوع آخر من المادة عن طريق الجاذبية فقط؟

وإذا كان دفتر الأستاذ الكوني الخاص بنا في اللون الأحمر حقًا، فسنضطر إلى الذهاب إلى محاسب خارجي وقد يحدث ذلك قريبًا. في عام 2017، اكتشف العلماء موجات الجاذبية، واهتزازات الزمكان، وإسقاط ضوء من اصطدام نجمين نيوترونيين. سمح هذا السجل التاريخي لعلماء الفلك باشتقاق تقدير مستقل لثابت هابل. في الوقت الحالي، يتم إدراج هذه القيمة بين تقديرات بلانك وتلك التي تم الحصول عليها باستخدام مقياس المسافات الكونية.

ومع ذلك، فإن فعالية استخدام مثل هذه الأحداث كـ "صفارات الإنذار القياسية" لقياس توسع الكون، تعتمد على عدد تصادمات النجوم النيوترونية التي تم الكشف عنها بواسطة مراصد الموجات الثقالية مثل LIGO. حتى الآن، اكتشف علماء الفلك حدثًا واحدًا فقط من هذه الأحداث، لكن ربما اكتشف LIGO حدثًا ثانيًا في صباح يوم 25 أبريل. ومع ذلك، فقد ثبت أن تحديد أصل الموجات في السماء أمر صعب، مما يجعل من الصعب تتبع القياسات باستخدام التلسكوبات.

في الوقت نفسه، يعمل "ريس" وعلماء الفلك حول العالم على تحسين دقة قياسهم لثابت هابل على أمل أنه حتى الانحراف الصغير يمكن أن يوفر أدلة جديدة لكيفية عمل الكون.

يقول "ريس": "يعتبر الاختلاف بنسبة 9٪ مصدر قلق كبير بالفعل عندما يكون هامش الخطأ 1 أو 2٪". "لدينا انطباع بأن الكون يعلمنا مرارًا وتكرارًا. "