ما مدى سرعة تمدد الكون؟ هذا سؤال لم يتمكن الفلكيون من الإجابة عنه بدقة. لديهم اسم لمعدل توسع الكون: ثابت هابل ، أو قانون هابل. لكن القياسات تستمر في الظهور بقيم مختلفة ، وكان الفلكيون يناقشون ذهابًا وإيابًا بشأن هذه القضية منذ عقود.
الفكرة الأساسية وراء قياس ثابت هابل هي النظر إلى مصادر الضوء البعيدة ، عادة ما تكون نوعًا من المستعرات الأعظمية أو النجوم المتغيرة التي يشار إليها باسم "الشموع القياسية" وقياس التحول الأحمر لضوءها. ولكن بغض النظر عن كيفية قيام الفلكيين بذلك ، لا يمكنهم التوصل إلى قيمة متفق عليها ، فقط مجموعة من القيم. قد تساعد دراسة جديدة تتضمن النجوم الزائفة والعدسات الثقالية في حل المشكلة.
إن توسع الكون ليس محل شك. لقد عرفنا ذلك منذ حوالي 100 عام. يتحول الضوء من المجرات البعيدة إلى اللون الأحمر أثناء انتقالها بعيدًا عنا ، وقد أدى قياس هذا التحول الأحمر إلى إنتاج قيم مختلفة للتوسع العالمي.
"ثابت هابل يثبت المقياس المادي للكون."
سايمون برير ، باحث ما بعد الدكتوراه بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس والمؤلف الرئيسي للدراسة.
يتم قياس معدل التوسع بالكيلومترات في الثانية لكل ميجابارسيك ، مكتوبًا (كم / ث) / MPC. لذا ، على سبيل المثال ، شيء ما يتوسع بمعدل 10 (كم / ثانية) / MPC يعني أن نقطتين في الفضاء بفارق 1 ميجا سوبارسك (ما يعادل 3.26 مليون سنة ضوئية) يتسابقان بعيدًا عن بعضهما البعض بسرعة 10 كيلومترات لكل ثانيا.
عندما تم اكتشافه لأول مرة في عشرينيات القرن العشرين ، كان يُعتقد أن معدل التوسع كان 625 كيلوبت في الثانية / MPC. ولكن بدءًا من الخمسينيات من القرن الماضي ، كان البحث الأفضل يقيسها بأقل من 100 كيلوبت / الثانية. في العقود القليلة الماضية ، قامت العديد من الدراسات بقياس معدل التوسع ، وأخرجت سرعات تتراوح بين حوالي 67 إلى 77 كيلوبت في الثانية / MPC.
لكن العلم لن يقبل مجموعة من الإجابات لشيء يجب أن يكون له قيمة واحدة. لن يكون العلم إذا فعل ذلك. لذا يواصل العلماء تجربة طرق مختلفة لقياس ثابت هابل لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم الحصول عليه بشكل صحيح ، لأن ثابت هابل هو أكثر من مجرد قياس لتمدد الكون.
قال سايمون بيرر ، الباحث في ما بعد الدكتوراه بجامعة كاليفورنيا ، والمؤلف الرئيسي للدراسة: "إن ثابت هابل يثبت المقياس المادي للكون". بدون قيمة دقيقة لثابت هابل ، لا يمكن لعلماء الفلك تحديد أحجام المجرات البعيدة بدقة ، أو عمر الكون أو تاريخ توسع الكون. لذا فإن الحصول على هذا الحق هو أمر مهم.
تحاول دراسة جديدة نشرت للتو في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية تجربة طريقة جديدة لقياس ثابت هابل. يقود البحث فريق من علماء الفلك في جامعة كاليفورنيا ، ويعتمد على الكوازارات البعيدة التي يخضع ضوءها لعدسات جاذبية قبل وصولها إلى الأرض.
النجوم الزائفة هي أشياء فائقة السطوع. وتسمى أيضًا نوى المجرة النشطة ، لأنه يُعتقد أنها ناتجة عن ثقوب سوداء فائقة الكتلة في مركز المجرات. الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي ينبعث منه ناتج عن قرص تراكم دوامي حول الثقب الأسود. مع تسريع قرص المادة حول الحفرة ، ينبعث منها كمية هائلة من الطاقة.
بما أن النجوم الزائفة مضيئة للغاية ، فيمكن رؤيتها من مسافات شاسعة. وهذا لا يجعلها أشياء رائعة للدراسة فحسب ، ولكنه مفيد أيضًا كعلامات لدراسة قانون هابل.
تحدث عدسة الجاذبية عندما يواجه مصدر الضوء من جسم بعيد للغاية ، النجوم الزائفة في هذه الدراسة ، مجرة متداخلة قبل أن تصل إلى المراقبين على الأرض. الكتلة القصوى للمجرة كافية لثني الضوء ، على غرار الطريقة التي تعمل بها العدسة الزجاجية. والنتيجة هي نوع من تأثير "بيت المرايا". توضح الصورة أدناه كيف تبدو. يرتبط اكتشاف عدسة الجاذبية ارتباطًا وثيقًا بأينشتاين ، على الرغم من أنه لم يلاحظ حتى عام 1979.
ركزت هذه الدراسة على الكوازارات المزدوجة. الكوازار المزدوج ، الذي يطلق عليه أحيانًا الكوازار المزدوج ، ليس كوازارين قريبين من بعضهما البعض ، بل هو تأثير للعدسة الجاذبية. باستخدام الكوازار المزدوج ، يسلط الضوء على مجرة متداخلة قبل الوصول إلى الأرض ، مما ينتج صورتين للكوازار. لم تستخدمها أي دراسة سابقة لمحاولة تحديد معدل تمدد الكون.
بما أن الضوء من الكوازار ينحني حول المجرة المتداخلة ، وينتج صورتين لنفس الكوازار ، فإنه يوفر فرصة ملاحظة فريدة. ينتقل الضوء الذي ينشئ الصور المنفصلة للكوازار إلى مسار مختلف لكل صورة. مع تذبذب الضوء من الكوازار ، هناك تأخير بين الوميض في كل من الصورتين.
من خلال قياس التأخير الزمني بين الوميض ، ومن خلال معرفة كتلة المجرة المتداخلة ، استنتج الفريق المسافات بين الأرض والمجرة العدسة والكوازار. مكنت معرفة الانزياحات الحمراء للكوازار والمجرة العلماء من تقدير مدى سرعة تمدد الكون.
ركزت هذه الدراسة على الكوازار المزدوج الذي يسمى SDSS J1206 + 4332 ، واعتمدت أيضًا على البيانات من تلسكوب هابل الفضائي ، الجوزاء وم. مراصد كيك ، ومن شبكة المراقبة الكونية لعدسات الجاذبية ، أو شبكة COSMOGRAIL. أمضى الفريق عدة سنوات في التقاط صور يومية للكوازار المزدوج ، مما أعطاهم قياسات دقيقة للغاية للتأخير الزمني بين الوميض. عند دمجها مع البيانات الأخرى ، أعطت علماء الفلك أحد أفضل قياسات ثابت هابل حتى الآن.
قال توماسو تريو ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس والمؤلف الكبير للصحيفة: "إن جمال هذا القياس هو أنه مكمل للغاية للآخرين ومستقلين عنه".
لذا ، ما مدى سرعة التوسع؟
"... الكون أكثر تعقيدًا بعض الشيء.
توماسو تريو ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك بجامعة كاليفورنيا.
توصل الفريق إلى قيمة ثابت هابل تبلغ 72.5 كيلومترًا في الثانية لكل ميجابيكسل. وهذا يجعلها تتماشى مع القياسات الأخرى التي استخدمت المستعرات الأعظمية البعيدة كشموع قياسية لقياس ثابت هابل. لكنها أعلى بنسبة 7٪ تقريبًا من القياسات التي تعتمد على خلفية الميكروويف الكونية لقياسها.
هذه ليست نهاية الجدل حول قانون هابل. لا يزال هناك فرق مزعج بين طرق القياس. ماذا تعني؟ قال تيرو: "إذا كان هناك فرق فعلي بين هذه القيم ، فهذا يعني أن الكون أكثر تعقيدًا بقليل". قال تريو أيضًا أن أحد القياسات ، أو حتى الثلاثة ، خاطئة.
سيستمر الفريق مع طريقة قياس عدسة الكوازار. إنهم ينظرون إلى 40 كوازارًا رباعيًا على أمل منحهم قياسًا أكثر دقة لمعدل توسع الكون.
مصادر:
- ورقة بحثية: H0LiCOW - IX. التحليل الكوزموغرافي للكوازار المزدوج التصوير SDSS 1206 + 4332 وقياس جديد لثابت هابل
- بيان صحفي من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجليس: يمكن أن تساعد الرؤية المزدوجة في حل النزاع حول مدى سرعة الكون في التوسع
- H0LiCOW
- دخول ويكيبيديا: قانون هابل
