“قد لا يكون هناك صراع بعد كل شيء” في نقاش الكون الموسع

يتوسع كوننا ، لكن طريقتنا الرئيسية لقياس مدى سرعة حدوث هذا التوسع أسفرتا عن إجابات مختلفة. على مدار العقد الماضي ، كان علماء الفيزياء الفلكية ينقسمون تدريجيًا إلى معسكرين: أحدهما يعتقد أن الاختلاف مهم ، والآخر يعتقد أنه قد يكون بسبب أخطاء في القياس.

إذا اتضح أن الأخطاء تسببت في عدم التطابق ، فسيؤكد ذلك نموذجنا الأساسي لكيفية عمل ملف كون يعمل. يقدم الاحتمال الآخر خيطًا ، عند سحبه ، يشير إلى أن هناك حاجة إلى بعض الفيزياء الأساسية الجديدة المفقودة لإعادة ربطها معًا. لعدة سنوات ، كان كل دليل جديد من التلسكوبات يتأرجح الحجة ذهابًا وإيابًا ، مما أدى إلى ظهور ما يسمى “توتر هابل”.

أجرى ويندي فريدمان ، وهو عالم فلك مشهور وأستاذ في جامعة جون وماريون سوليفان في علم الفلك والفيزياء الفلكية بجامعة شيكاغو ، بعض القياسات الأصلية لمعدل توسع الكون الذي نتج عنه قيمة أعلى لثابت هابل. ولكن في ورقة مراجعة جديدة قبلت مجلة الفيزياء الفلكية، يعطي فريدمان لمحة عامة عن أحدث الملاحظات. استنتاجها: بدأت الملاحظات الأخيرة في سد الفجوة.

وهذا يعني أنه قد لا يكون هناك صراع بعد كل شيء ، ولا يحتاج نموذجنا القياسي للكون إلى تعديل كبير.

المعدل الذي يتوسع به الكون يسمى ثابت هابل ، المسمى بـ UChicago alum Edwin Hubble، SB 1910، Ph.D. 1917 ، الذي يُنسب إليه اكتشاف توسع الكون في عام 1929. يريد العلماء تحديد هذا المعدل بدقة ، لأن ثابت هابل مرتبط بعمر الكون وكيف تطور بمرور الوقت.

ظهر تجعد كبير في العقد الماضي عندما بدأت نتائج طريقتين القياس الرئيسيتين في الاختلاف. لكن العلماء ما زالوا يناقشون أهمية عدم التطابق.

تتمثل إحدى طرق قياس ثابت هابل في النظر إلى الضوء الخافت جدًا المتبقي من الانفجار العظيم ، والذي يسمى الخلفية الكونية الميكروية الميكروية. تم القيام بذلك في الفضاء وعلى الأرض باستخدام مرافق مثل تلسكوب القطب الجنوبي بقيادة UChicago. يمكن للعلماء إدخال هذه الملاحظات في “نموذجهم القياسي” للكون المبكر وتشغيله في الوقت المناسب للتنبؤ بما يجب أن يكون عليه ثابت هابل اليوم ؛ يحصلون على إجابة تبلغ 67.4 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ.

الطريقة الأخرى هي النظر إلى النجوم والمجرات في الكون القريب ، وقياس مسافاتهم ومدى سرعة ابتعادهم عنا. كان فريدمان خبيرًا رائدًا في هذه الطريقة لعدة عقود ؛ في عام 2001 ، أجرى فريقها أحد القياسات البارزة باستخدام تلسكوب هابل الفضائي لتصوير النجوم المسماة Cepheids. كانت القيمة التي وجدوها 72. واصل فريدمان قياس Cepheids في السنوات التي تلت ذلك ، ومراجعة المزيد من بيانات التلسكوب في كل مرة. ومع ذلك ، في عام 2019 ، نشرت هي وزملاؤها إجابة تستند إلى طريقة مختلفة تمامًا باستخدام النجوم المسماة عمالقة حمراء. كانت الفكرة هي التحقق من Cepheids بطريقة مستقلة.

العمالقة الحمراء عبارة عن نجوم كبيرة جدًا ومضيئة تصل دائمًا إلى ذروة السطوع نفسها قبل أن تتلاشى بسرعة. إذا تمكن العلماء من قياس سطوع الذروة الفعلية أو الجوهرية بدقة للعمالقة الحمراء ، فيمكنهم بعد ذلك قياس المسافات إلى المجرات المضيفة ، وهو جزء أساسي ولكنه صعب من المعادلة. السؤال الرئيسي هو مدى دقة هذه القياسات.

استخدمت النسخة الأولى من هذا الحساب في عام 2019 مجرة ​​واحدة قريبة جدًا لمعايرة لمعان النجوم العملاقة الحمراء. على مدار العامين الماضيين ، قامت فريدمان ومعاونوها بتشغيل الأرقام لعدة مجرات ومجموعات نجمية مختلفة. قال فريدمان: “هناك الآن أربع طرق مستقلة لمعايرة لمعان العملاق الأحمر ، ويوافقون على 1٪ من بعضهم البعض”. “هذا يدلنا على أن هذه طريقة جيدة حقًا لقياس المسافة.”

قال فريدمان: “أردت حقًا أن أنظر بعناية إلى كل من Cepheids و Red Giant. أعرف جيدًا نقاط قوتهم وضعفهم”. “لقد توصلت إلى استنتاج مفاده أننا لا نحتاج إلى فيزياء أساسية جديدة لشرح الاختلافات في معدلات التوسع المحلية والبعيدة. تظهر بيانات العملاق الأحمر الجديد أنها متسقة.”

وأضاف تايلور هويت ، طالب الدراسات العليا بجامعة شيكاغو ، والذي كان يجري قياسات للنجوم العملاقة الحمراء في مجرات المرساة ، “نواصل قياس واختبار نجوم الفروع العملاقة الحمراء بطرق مختلفة ، وما زالت تتجاوز توقعاتنا”.

قيمة ثابت هابل الذي حصل عليه فريق فريدمان من العمالقة الحمراء هي 69.8 كم / ثانية / مليون متر مكعب – تقريبًا نفس القيمة المشتقة من تجربة الخلفية الكونية الميكروية. قال فريدمان: “ليس هناك حاجة إلى فيزياء جديدة”.

لا تزال الحسابات التي تستخدم نجوم Cepheid تعطي أرقامًا أعلى ، ولكن وفقًا لتحليل فريدمان ، قد لا يكون الفرق مثيرًا للقلق. “لطالما كانت النجوم Cepheid أكثر ضوضاءً قليلاً وأكثر تعقيدًا إلى حد ما لفهمها تمامًا ؛ فهي نجوم شابة في مناطق تشكل النجوم النشطة في المجرات ، وهذا يعني أن هناك احتمالية لأشياء مثل الغبار أو التلوث من النجوم الأخرى للتخلص منها قياساتك “، أوضحت.

في رأيها ، يمكن حل الصراع ببيانات أفضل.

في العام المقبل ، عندما يُتوقع إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، سيبدأ العلماء في جمع تلك الملاحظات الجديدة. حصل فريدمان ومساعدوه بالفعل على وقت على التلسكوب لبرنامج رئيسي لإجراء المزيد من القياسات لكل من النجوم العملاقة Cepheid والنجوم الحمراء العملاقة. وقالت: “سوف يمنحنا Webb حساسية ودقة أعلى ، وستتحسن البيانات حقًا ، قريبًا جدًا”.

ولكن في غضون ذلك ، أرادت أن تلقي نظرة فاحصة على البيانات الموجودة ، وما وجدته هو أن الكثير منها يوافق بالفعل.

قال فريدمان: “هذه هي الطريقة التي يسير بها العلم”. “تركل الإطارات لترى ما إذا كان هناك شيء ينكمش ، وحتى الآن ، لا توجد إطارات مثقوبة.”

قد يصاب بعض العلماء الذين كانوا يؤيدون عدم التوافق الجوهري بخيبة أمل. لكن بالنسبة إلى فريدمان ، فإن أيًا من الجوابين مثير.

وقالت: “لا يزال هناك مجال لفيزياء جديدة ، ولكن حتى لو لم يكن هناك مجال للفيزياء الجديدة ، فسيظهر ذلك أن النموذج القياسي الذي لدينا صحيح بشكل أساسي ، وهو أيضًا استنتاج عميق يجب التوصل إليه”. “هذا هو الشيء المثير للاهتمام حول العلم: نحن لا نعرف الإجابات مقدمًا. نحن نتعلم بينما نتقدم. إنه حقًا وقت مثير أن تكون في هذا المجال.”