تبين أن الكون كان على خطأ

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

يواجه علماء الكونيات مشكلة علمية خطيرة تشير إلى نقص المعرفة البشرية بالكون. يتعلق التعقيد بشيء يبدو تافهًا مثل معدل تمدد الكون. الحقيقة هي أن الطرق المختلفة تشير إلى معاني مختلفة - وحتى الآن لا يمكن لأحد أن يفسر هذا التناقض الغريب.

لغز كوني

حاليًا ، يصف النموذج الكوني القياسي "Lambda-CDM" (ΛCDM) بدقة تطور الكون وبنيته. وفقًا لهذا النموذج ، يمتلك الكون ثابتًا كونيًا موجبًا غير صفري (مصطلح لامدا) يسبب تمددًا متسارعًا. بالإضافة إلى ذلك ، يشرح ΛCDM البنية المرصودة لـ CMB (الخلفية الكونية الميكروية) ، وتوزيع المجرات في الكون ، ووفرة الهيدروجين وذرات الضوء الأخرى ، ومعدل تمدد الفراغ. ومع ذلك ، قد يشير التناقض الخطير في معدل التوسع إلى الحاجة إلى تغيير جذري في النموذج.

تجادل الفيزيائية النظرية فيفيان بولين من المركز الوطني الفرنسي للبحث العلمي ومختبر الكون والجسيمات في مونبلييه بأن هذا يعني ما يلي: حدث شيء مهم في الكون الشاب الذي لا نعرف عنه بعد. ربما كانت ظاهرة مرتبطة بنوع غير معروف من الطاقة المظلمة أو نوع جديد من الجسيمات دون الذرية. إذا أخذها النموذج في الاعتبار ، فسيختفي التناقض.

على شفا أزمة

تتمثل إحدى طرق تحديد معدل توسع الكون في دراسة الخلفية الميكروية - الإشعاع المتبقي الذي نشأ بعد 380 ألف عام من الانفجار العظيم. يمكن استخدام ΛCDM لاشتقاق ثابت هابل عن طريق قياس التقلبات الكبيرة في الإشعاع CMB. اتضح أنها تساوي 67 ، 4 كيلومترات في الثانية لكل ميجا فرسخ ، أو حوالي ثلاثة ملايين سنة ضوئية (بهذه السرعة ، تتباعد الأجسام عن بعضها البعض على مسافة مناسبة). في هذه الحالة ، يكون الخطأ 0.5 كيلومتر فقط في الثانية لكل ميجا فرسخ.

إذا حصلنا على نفس القيمة تقريبًا باستخدام طريقة مختلفة ، فسيؤكد ذلك صحة النموذج الكوني القياسي. قام العلماء بقياس السطوع الظاهر للشموع القياسية - الأشياء التي يُعرف لمعانها دائمًا. مثل هذه الأجسام ، على سبيل المثال ، المستعرات الأعظمية من النوع Ia - الأقزام البيضاء التي لم تعد قادرة على امتصاص المادة من النجوم المصاحبة الكبيرة وتنفجر. من خلال السطوع الظاهر للشموع القياسية ، يمكنك تحديد المسافة إليها. بالتوازي ، يمكنك قياس الانزياح الأحمر للمستعرات الأعظمية ، أي انزياح الأطوال الموجية للضوء إلى المنطقة الحمراء من الطيف. كلما زاد الانزياح نحو الأحمر ، زادت السرعة التي يُزال بها الجسم من الراصد.

وبالتالي ، يصبح من الممكن تحديد معدل تمدد الكون ، والذي يتبين في هذه الحالة أنه يساوي 74 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ. هذا لا يتطابق مع القيم التي تم الحصول عليها من ΛCDM. ومع ذلك ، فمن غير المرجح أن يفسر خطأ القياس هذا التناقض.

وفقًا لديفيد جروس من معهد كافلي للفيزياء النظرية بجامعة كاليفورنيا ، سانتا باربرا ، في فيزياء الجسيمات ، لن يُطلق على هذا التناقض مشكلة ، بل أزمة. ومع ذلك ، اختلف عدد من العلماء مع هذا التقييم. كان الموقف معقدًا من خلال طريقة أخرى ، والتي تستند أيضًا إلى دراسة الكون المبكر ، وهي التذبذبات الصوتية الباريونية - التذبذبات في كثافة المادة المرئية التي تملأ الكون المبكر.تحدث هذه الاهتزازات بسبب الموجات الصوتية للبلازما وهي دائمًا ذات أبعاد معروفة ، مما يجعلها تبدو مثل الشموع القياسية. إلى جانب القياسات الأخرى ، فإنها تعطي ثابت هابل المتوافق مع ΛCDM.

موديل جديد

هناك احتمال أن العلماء أخطأوا عند استخدام المستعرات الأعظمية من النوع Ia. لتحديد المسافة إلى كائن بعيد ، تحتاج إلى بناء سلم مسافة.

الدرجة الأولى من هذا السلم هي Cepheids - وهي نجوم متغيرة لها علاقة دقيقة بين الفترة واللمعان. يمكن استخدام Cepheids لتحديد المسافة إلى أقرب نوع Ia المستعرات الأعظمية. في إحدى الدراسات ، بدلاً من Cepheids ، تم استخدام عمالقة حمراء ، والتي تصل في مرحلة معينة من الحياة إلى أقصى سطوع - وهو نفس الشيء بالنسبة لجميع العمالقة الحمر.

نتيجة لذلك ، تبين أن ثابت هابل يبلغ 69.8 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ. لا توجد أزمة ، كما يقول ويندي فريدمان من جامعة شيكاغو ، وهو أحد مؤلفي البحث.

لكن هذا البيان كان موضع تساؤل أيضًا. قام تعاون H0LiCOW بقياس ثابت هابل باستخدام عدسة الجاذبية ، وهو تأثير يحدث عندما ينحني جسم ضخم أشعة من جسم بعيد خلفه. يمكن أن تكون الأخيرة كوازارات - نوى المجرات النشطة التي يغذيها ثقب أسود فائق الكتلة. بسبب عدسات الجاذبية ، يمكن أن تظهر عدة صور لكوازار واحد في وقت واحد. من خلال قياس وميض هذه الصور ، استنتج العلماء ثابت هابل المحدث بواقع 73.3 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ. في الوقت نفسه ، لم يعرف العلماء حتى النهاية النتيجة المحتملة ، مما يستبعد إمكانية الاحتيال.

تبين أن نتيجة قياس ثابت هابل من أجهزة المسح الطبيعية التي تشكلت عندما يدور الغاز حول ثقب أسود كانت 74 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ. أعطت الطرق الأخرى 76.5 و 73.6 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ. تظهر المشكلات أيضًا في قياس توزيع المادة في الكون ، نظرًا لأن عدسة الجاذبية تعطي قيمة مختلفة مقارنة بقياسات الخلفية الميكروية.

إذا اتضح أن التناقض لا يرجع إلى أخطاء القياس ، فستكون هناك حاجة إلى نظرية جديدة لشرح جميع البيانات المتاحة حاليًا. أحد الحلول الممكنة هو تغيير كمية الطاقة المظلمة التي تسبب تمدد الكون المتسارع. على الرغم من أن معظم العلماء يفضلون الاستغناء عن تحديث الفيزياء ، إلا أن المشكلة تظل دون حل.