“توتر هابل” المستمر في نقاش توسع الكون – “قد لا يكون هناك صراع بعد كل شيء”

ينبعث نجم عملاق أحمر ، Camelopardalis ، غلافًا من الغاز بينما تبدأ طبقة من الهيليوم حول قلبه في الالتحام. تساعد مثل هذه الأحداث العلماء على حساب سرعة تمدد الكون. الائتمان: وكالة الفضاء الأوروبية / ناسا

توصل تحليل جديد أجراه عالم فلك بجامعة شيكاغو إلى اتفاق مع النموذج القياسي في “جهد هابل” الحالي.

يتوسع كوننا ، لكن طريقتنا الأساسية لقياس السرعة التي يحدث بها هذا التوسع أدت إلى ظهور إجابات مختلفة. على مدى السنوات العشر الماضية أو نحو ذلك ، انقسم علماء الفيزياء الفلكية تدريجيًا إلى معسكرين: أحدهما يعتقد أن الاختلاف مهم ، والآخر يعتقد أنه قد يكون بسبب أخطاء القياس.

إذا اتضح أن الأخطاء هي السبب الجذري لعدم التطابق ، فهذا سيؤكد نموذجنا الأساسي لكيفية عمل الكون. يقدم الاحتمال الآخر خيطًا ، عند سحبه ، يشير إلى أن هناك حاجة إلى فيزياء أساسية جديدة مفقودة لربطها. لعدة سنوات ، كل قطعة جديدة من دليل التلسكوب قلبت الجدل ، مما أدى إلى ظهور ما يسمى “جهد هابل”.

أجرى ويندي فريدمان ، عالم الفلك الشهير وأستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة شيكاغو جون وماريون سوليفان ، بعض القياسات الأصلية لمعدل توسع الكون الذي نتج عنه قيمة أعلى لثابت هابل. ولكن في مقال جديد تمت الموافقة عليه من قبل مجلة الفيزياء الفلكية، يقدم فريدمان لمحة عامة عن أحدث المشاهد. استنتاجه: بدأت الملاحظات الأخيرة في سد الفجوة.

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

المعدل الذي يتم فيه توسع الكون يسمى ثابت هابل ، الذي سمي على اسم خريج جامعة كاليفورنيا إدوين هابل ، إس بي 1910 ، دكتوراه 1917 ، الذي اكتشف توسع الكون في عام 1929. يريد العلماء تحديد هذه السرعة بدقة ، لأن ثابت هابل هو مرتبطة بعمر الكون وتطوره بمرور الوقت.

ظهر تجعد كبير خلال 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 الذي خلفه الانفجار العظيم ، والذي يسمى الخلفية الكونية المنتشرة. تم القيام بذلك في الفضاء وعلى الأرض باستخدام مرافق مثل تلسكوب القطب الجنوبي بقيادة UChicago. يمكن للعلماء دمج هذه الملاحظات في “نموذجهم القياسي” للكون المبكر وتحريكه للأمام في الوقت المناسب للتنبؤ بما يجب أن يكون عليه ثابت هابل اليوم ؛ يحصلون على استجابة تبلغ 67.4 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ.

الطريقة الأخرى هي النظر إلى النجوم والمجرات في الكون القريب ، وقياس مسافاتها ومدى سرعتها في الابتعاد عنا. كان فريدمان خبيرًا رائدًا في هذه الطريقة لعدة عقود ؛ في عام 2001 ، أجرى فريقه أحد القياسات البارزة باستخدام تلسكوب هابل الفضائي لتصوير النجوم المسماة Cepheids. كانت القيمة التي توصلوا إليها 72. واصل فريدمان قياس Cepheids خلال السنوات التالية ، وفحص المزيد من بيانات التلسكوب في كل مرة. ومع ذلك ، في عام 2019 ، نشرت هي وزملاؤها إجابة تستند إلى طريقة مختلفة تمامًا باستخدام نجوم تسمى العمالقة الحمراء. كانت الفكرة هي الرجوع إلى Cepheids بطريقة مستقلة.

العمالقة الحمراء عبارة عن نجوم كبيرة جدًا ومشرقة تصل دائمًا إلى نفس الذروة في السطوع قبل أن تتلاشى بسرعة. إذا تمكن العلماء من قياس السطوع الأقصى الفعلي أو الجوهري للعمالقة الحمراء بدقة ، فيمكنهم 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 مدى العامين الماضيين ، قام فريدمان وزملاؤه بحساب الأرقام للعديد من المجرات المختلفة ومجموعات النجوم. قال فريدمان: “هناك الآن أربع طرق مستقلة لمعايرة لمعان العملاق الأحمر ، وهي تطابق 1٪ من بعضها البعض”. “هذا يخبرنا أن هذه طريقة جيدة جدًا لقياس المسافة.”

“أردت حقًا إلقاء نظرة فاحصة على كل من Cepheids و Red Giants. قال فريدمان: “أعرف جيدًا نقاط قوتهم وضعفهم”. “توصلت إلى استنتاج مفاده أننا لسنا بحاجة إلى فيزياء أساسية جديدة لشرح الاختلافات بين معدلات التوسع المحلي والبعيد. تظهر البيانات الجديدة من العملاق الأحمر أنها متسقة. “

أضاف تايلور هويت ، وهو طالب دراسات عليا في جامعة شيكاغو ، والذي أجرى قياسات للنجوم العملاقة الحمراء في المجرات الراسية ، “نواصل قياس واختبار النجوم في فرع العملاق الأحمر بطرق مختلفة ، وما زالوا يتجاوزون توقعاتنا . “

قيمة ثابت هابل الذي حصل عليه فريق فريدمان من العمالقة الحمراء هي 69.8 كم / ث / م ب ث – عمليا نفس القيمة المشتقة من تجربة الخلفية الكونية المنتشرة. قال فريدمان: “ليست هناك حاجة إلى فيزياء جديدة”.

دائمًا ما تعطي الحسابات التي تستخدم نجوم Cepheid أرقامًا أعلى ، ولكن وفقًا لتحليل فريدمان ، قد لا يكون الفرق مثيرًا للقلق. “النجوم القيفائية كانت دائمًا أعلى صوتًا قليلاً وأكثر تعقيدًا إلى حد ما لفهمها تمامًا ؛ هذه نجوم شابة في مناطق تشكل النجوم النشطة في المجرات ، وهذا يعني أنه من الممكن لأشياء مثل الغبار أو التلوث من النجوم الأخرى أن تحرف قياساتك “، أوضحت.

في رأيه ، يمكن حل الصراع ببيانات أفضل.

في العام المقبل ، عندما يكون من المقرر إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، سيبدأ العلماء في جمع هذه الملاحظات الجديدة. لقد حصل فريدمان وزملاؤه بالفعل على وقت على التلسكوب لبرنامج رئيسي لإجراء المزيد من القياسات للنجوم القيفاوية والنجوم العملاقة الحمراء. وقالت: “سوف يمنحنا Webb حساسية ودقة أعلى ، وستتحسن البيانات قريبًا جدًا”.

ولكن في غضون ذلك ، أرادت إلقاء نظرة فاحصة على البيانات الموجودة ، وما وجدته هو أن الكثير منها يتطابق في الواقع.

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

قد يصاب بعض العلماء الذين يبحثون عن عدم تطابق جوهري بخيبة أمل. لكن بالنسبة لفريدمان ، فإن أيًا من الجوابين مثير.

“لا يزال هناك مجال لفيزياء جديدة ، ولكن حتى إذا لم يكن هناك مجال للفيزياء ، فسيظهر ذلك أن النموذج القياسي الذي لدينا صحيح بشكل أساسي ، وهو أيضًا استنتاج عميق يجب التوصل إليه” ، كما أعلنت. “هذا هو الشيء المثير للاهتمام حول العلم: نحن لا نعرف الإجابات مقدمًا. نحن نتعلم خلال رحلتنا. إنه حقًا وقت ممتع أن أكون في الملعب.

المرجع: “قياسات ثابت هابل: التوترات في المنظور” بقلم ويندي فريدمان ، 30 يونيو 2021 ، مجلة الفيزياء الفلكية.