سرعة تمدد الكون : يختلف العلماء

لم يكن توسع الكون دائمًا بنفس السرعة

الكون يتوسع ، أي أن كل الأشياء التي لا تحمل الجاذبية تبتعد عن بعضها البعض. سرعة تمدد الكون غير قابلة للنقاش. هذا هو واحد من الأسئلة الكبرى في علم الكونيات. في النموذج المقبول عمومًا ، كانت سرعة تمدد الكون متغيرة مع مرور الوقت.

في بداية وجوده ، كان الكون قد خضع لمرحلة من التضخم الشديد الذي سمح له بالنمو بسرعة كبيرة. ثم تباطأت بوتيرة أبطأ بسبب تأثير الجاذبية للمادة المظلمة. هذه المرحلة كانت ستستمر بضع مئات الآلاف من السنين. منذ ذلك الوقت ، سوف يتسارع توسع الكون مرة أخرى ، وهذه المرة تحت تأثير الطاقة المظلمة.

ثابت هابل ، معيار لقياس سرعة تمدد الكون

ترجع هذه القصة جزئيًا إلى قياسات ثابت هابل ، وهو مؤشر يصف معدل تمدد الكون في لحظة معينة. المشكلة هي أنه وفقًا للأدوات والأساليب العلمية المستخدمة ، فإن قياسات ثابت هابل لا تتفق دائمًا.

يعتمد بعض علماء الفيزياء الفلكية على ملاحظات خلفية الميكروويف الكونية (CMB) ، وهي أحفورة الضوء الأول للكون المنبعثة عندما كان عمر الكون يبلغ 380،000 عام. هذا يسمح لهم بتقدير أن ثابت هابل يبلغ 67 كم / ثانية لكل ميغابارسك. هذا يعني أن مجرة ​​في 1 ميغابارسك ، أي حوالي 6.5 مليون سنة ضوئية ، تبتعد عنا بسرعة 67 كم / ثانية بينما تتحرك المجرة في 2 ميجابارسك مرتين بسرعة.

تظهر الدراسة أن توسع الكون أسرع مما كنا نظن

عندما يريد المرء إجراء قياسات على المجرات الحقيقية بعيدة أو أقل ، يحصل المرء على ثابت هابل يساوي 74 كم / ثانية بواسطة megaparsec ، وليس 67 كم / ثانية. مع مرور السنين ، كلما كان من الصعب التوفيق بين هذين الرقمين. شاهد دراسة جديدة نشرها فريق من علماء الفيزياء الفلكية من جامعة كاليفورنيا. بفضل التلسكوب الفضائي هابل ومرصد كيك ، استخدموا طريقة تستخدم عدسات الجاذبية.

الأمر المثير للاهتمام هو أنه لتجنب أي تحيز قاموا بإجراء دراسة عمياء ، بمعنى أنهم أخفوا النتيجة حتى كانوا متأكدين من القضاء على جميع مصادر الأخطاء. مثلنا جميعًا ، قد يتعرض علماء الفلك للتحيزات المعرفية. يمكنهم ضبط مجموعة من البيانات دون وعي لتتناسب مع النموذج الكوني. ولكن على الرغم من هذه الاحتياطات الإضافية ، إلا أن نتيجتها لا تحل المعضلة. مثل كل القياسات التي تم إجراؤها محليًا ، فإنها تحصل على ثابت هابل يبلغ 75 كم / ثانية لكل ميغابارسك.

ما هي السرعة الحقيقية لتوسع الكون ؟

بين 67 كم / ث و 75 كم / ث ، الفرق كبير جدًا بحيث لا يمكن اعتباره هامش خطأ. لذلك يواجه علماء الفيزياء الفلكية معضلة. إما أن هناك مشكلة في قياس معدل تمدد الكون المكتسب بفضل خلفية الميكروويف الكونية ، والتي يعتبرها معظم علماء الفيزياء الفلكية غير محتملة ، أو أنه من الضروري مراجعة النموذج القياسي لعلم الكونيات.

على سبيل المثال ، قد تتغير خصائص الطاقة المظلمة بمرور الوقت ، أو أن ملاحظاتنا غير دقيقة للغاية. دعونا نأمل أن يحل وصول المراصد الكبيرة والأساليب الأكثر فاعلية هذا اللغز. ولكن إذا لم يتمكن علماء الفلك من التوفيق بين هذين الإجراءين ، فقد يكون من الضروري إعادة النظر في تاريخنا في الكون بعمق.

تصبح رائد فضاء

الذهاب الى الفضاء

رؤية إطلاق الصواريخ

العمل في صناعة الفضاء

راقب النجوم

انظر كسوف الشمس

توسع الكون ، الطاقة المظلمة : تحديات DESI

الطاقة المظلمة هي واحدة من أصعب الألغاز في الفيزياء الحديثة. لمدة عشرين عامًا ، يبدو أن سلسلة من التدابير تظهر أن تمدد الكون يتسارع مع مرور الوقت. بما أنه لا يمكن لأي من القوى الأساسية الأربع التي سمحت بها الفيزياء تفسير هذه الظاهرة ، فإن الظاهرة المسؤولة عن هذا التسارع تسمى الطاقة السوداء.

إذا لم نفهم الطاقة المظلمة ، يمكننا على الأقل محاولة قياس آثارها. لهذا السبب تم إنشاء DESI. ستعمل هذه الأداة العلمية من تليسكوب مايال ومرآة 4 أمتار. ستشاهد DESI عشرات الملايين من الكوازارات والمجرات ، والتي من المتوقع أن تنشئ خريطة ثلاثية الأبعاد للكون تمتد حتى 11 مليار سنة ضوئية.

يجب أن تسمح لنا هذه الخريطة ذات الحجم والدقة غير المسبوقين بفهم كيفية توزيع الهياكل الكبيرة للكون وتطورها والدور الذي تلعبه الطاقة المظلمة بشكل أفضل قليلاً. ستكون هذه فرصة لاختبار المكملات أو بدائل النسبية العامة. ستقوم DESI بقياس المسافات استنادًا إلى الآثار التي خلفتها التذبذبات الصوتية لما يسمى باريونس ، أي المطبوعات التي تركتها الموجات الصوتية ، الصوت ، في بلازما الكون. هذه هي نفس الطريقة التي يستخدمها مرصد إقليدس الفضائي الأوروبي من نقطة L2 لاغرانج في نظام الشمس-الأرض ، من عام 2022.

يجب أن تبدأ اختبارات DESI بسرعة. تأمل الفرق العاملة في المشروع استعادة البيانات الكاملة بحلول عام 2025 ، والتي قد توفر فهمًا أفضل لما يسمى الطاقة المظلمة.

يمكن قياس توسع الكون من خلال أشباه النجوم

– أخبار 5 فبراير 2019 –

الطاقة المظلمة هي واحدة من أهم ألغاز علم الفلك الحديث. نحن نعرف منذ عشرين عاما أن توسع الكون يتسارع. عالمنا ينمو كل يوم وينمو أسرع وأسرع. إذا كان الكون يتألف بالكامل من كتلة ويطاع على نطاق واسع فقط على الجاذبية ، فإنه يمكن أن يتباطأ فقط. لكن العكس هو ما نلاحظه.

يمكن صياغة عدة تفسيرات لهذه الظاهرة. ربما تدابيرنا خاطئة. ومع ذلك ، فإن المزيد والمزيد منهم يصنعون نفس الاستنتاجات. ربما لم يكتمل بعد فهمنا للجاذبية على نطاق واسع. أو يمكننا أن نتصور أن طاقة ذات طبيعة غير معروفة تدفع الكون إلى النمو. قد يكون نوعًا من الثوابت الأساسية التي هي ببساطة جزء من قوانين الطبيعة.

المشكلة الكبرى عند محاولة تحديد سرعة توسع الكون هي أننا لا نعرف كيف نقيس المسافات الكبيرة بشكل جيد. ويمكن القيام بذلك بكفاءة عالية في الفترات الأخيرة من خلال ملاحظة سطوع المستعرات العظمى من النمط 1A. يمكننا أيضا أن نستكشف بدايات تاريخ الكون بفضل الخلفية الميكروية الكونية (CMB) التي تعطينا صورة جيدة عن ما كان عليه الكون بعد 380000 سنة من الانفجار الأعظم. لكن بين هذين النقيضين ، من الصعب تقييم ثابت هبل ، وهو الحجم الذي يعطي معدل تمدد الكون في لحظة معينة.

يعتقد فريق إيطالي أنهم وجدوا طريقة جديدة لتحديد المسافة وبالتالي لقياس سرعة توسع الكون. وهذا ينطوي على مراقبة لمعان النجوم الزائفة ، وهي نوى المجرة الساطعة للغاية والتي يمكن ملاحظتها من بعيد جدًا. على عكس السوبرنوفا من النوع 1A ، ليس كل الكوازارات لها نفس الحجم المطلق. عندما نلاحظ الكوازار أقل إشراقا من الآخر ، لا نعرف إذا كان ذلك لأنه أبعد أو إذا كان على نفس المسافة ولكن أقل نشاطا.

للتغلب على هذه العقبة ، قارن الفريق الإيطالي ضوء الكوازار في نطاقين طيفيين مختلفين ، الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية. من خلال إنشاء نسبة بين هذين التدفقات المضيئة ، وجدوا ثوابت تجعل من الممكن تحديد المسافات. تمت دراسة ما يقرب من 1600 كوازار بهذه الطريقة ، مما سمح لنا بكتابة تاريخ أكثر اكتمالا إلى حد ما لتوسع الكون.

تشير النتائج الأولى لهذه الدراسة إلى أن الطاقة المظلمة تكتسب شدة بمرور الوقت. لذلك ليس فقط توسيع الكون يتسارع ، ولكن العنصر الذي يسببه هو نفسه يتطور باستمرار. إذا تم تأكيد هذه النتيجة ، والتي قد تستغرق سنوات ، سيكون من الضروري مراجعة العديد من النماذج التي تحاول شرح الطاقة المظلمة. الطاقة المظلمة سيكون لها دور متزايد الأهمية في الكون ، تتحرك باستمرار المجرات والنجوم بعيدا. في مقياس زمني كبير بما فيه الكفاية ، حتى الجسيمات التي تتكون منها الذرات ستكون متباعدة ، مما يعني على الأرجح نهاية الوقت.

سيكون توسع الكون أسرع وأسرع

– أخبار 27 فبراير 2018 –

يعمل تلسكوب هابل الفضائي منذ ما يقرب من 30 عامًا ولا يزال يحقق نتائج مهمة جدًا. لقد أظهرت الملاحظات الحديثة أن تسارع توسع الكون هو في الواقع أسرع بكثير من المتوقع. تكمن المشكلة في مقارنة بيانات هابل مع تلك الموجودة في مرصد الفضاء بلانك الذي تم الحصول عليه قبل بضع سنوات. تعتبر قياسات كلا الجهازين موثوقة للغاية. سعى كلاهما لتحديد ثابت هابل ، وهو المعامل الذي يصف معدل توسع الكون في لحظة معينة. وضعت بيانات بلانك هذا الثابت بين 67 كم و 69 كم في الثانية لكل ميجابارسك. لقد قام بلانك بإجراء هذه القياسات من خلال دراسة الخلفية الميكروية الكونية ، وهي أول إنارة للكون القديم البالغ 13.8 بليون سنة.

وتقدر بيانات هابل الجديدة ثبات هبل عند 63 كم في الثانية لكل ميغابارسك. وقد لاحظ هابل Cepheids ، التي هي نجوم متغيرة أكثر حداثة أكثر من ذلك بكثير. بين المقياسين ، هناك فرق 9 ٪. المشكلة هي أن هناك صعوبات في تفسير ذلك. احتمال أن خطأ قد انزلق في واحد من اثنين من التدابير منخفضة بشكل لا يصدق. يبدو أن هذه النتائج تشير إلى أن توسع الكون قد تسارع في تاريخه ، وحتى أسرع مما كان يعتقد في الأصل.

من بين التفسيرات المحتملة هناك بالطبع الطاقة المظلمة. الفشل في أن تكون محددة بشكل جيد ، بل هو معلمة يمكن إضافتها إلى النموذج القياسي لعلم الكونيات لشرح هذا النوع من المراقبة. الاحتمال الآخر هو تفاعل أقوى مما هو متوقع بين المادة المظلمة والمواد الأكثر تقليدية. وأخيرا ، تستمر النماذج الجديدة في الظهور في محاولة لتقديم تفسير لهذه الظاهرة ، على سبيل المثال الإشعاع الأسود ، النيوترونات العقيمة التي لا تتأثر إلا بالجاذبية.

إن أقدم دليل على تسارع توسع الكون حديث العهد للغاية ، يعود تاريخه إلى أواخر التسعينيات ، ومن المرجح أن هناك حاجة إلى مزيد من عقود من المراقبة والمضاربة قبل التوصل إلى توافق في الآراء حول الآلية التي تسبب هذا التسارع. هذا هو السبب في أننا نأسف على الإلغاء المحتمل جداً لـ WFIRST لأن الصك كان سيسمح بقياسات ثابت هبل في أعمار مختلفة من الكون. لحسن الحظ ، لم تلغ أوروبا إقليدس ، المرصد الفضائي المستقبلي المخصص للبحث في توسع الكون والطاقة المظلمة. يجب أن تدخل الخدمة في بداية العقد القادم. وستحاول العودة إلى ما يصل إلى 10 مليارات سنة في الماضي. إن النماذج المختلفة للطاقة المظلمة تمثل اختلافات صغيرة ، لذا ستأخذ قياسات بدقة عالية جدًا لتحديد المسار الأكثر إثارة للاهتمام.

الصورة من قِبل فريق NASA / WMAP للعلوم [Public domain] ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

يجب أن تكون مهتمًا أيضًا بهذا