تحليل جديد لبيانات ويب يقيس معدل توسع الكون، ويجد أنه قد لا يكون هناك “توتر هابل”

إننا نعلم الكثير عن الكون، ولكن علماء الفلك ما زالوا يتجادلون حول مدى سرعة توسعه. والواقع أنه على مدى العقدين الماضيين، توصلت طريقتان رئيسيتان لقياس هذا الرقم ــ المعروف باسم “ثابت هابل” ــ إلى إجابات مختلفة، الأمر الذي دفع البعض إلى التساؤل عما إذا كان هناك شيء مفقود في نموذجنا لكيفية عمل الكون.

ولكن القياسات الجديدة التي أجراها تلسكوب جيمس ويب الفضائي القوي تشير إلى أنه قد لا يكون هناك صراع، وهو ما يعرف أيضا باسم “توتر هابل”، بعد كل شيء.

في ورقة قدمت إلى المجلة الفيزيائية الفلكية، حالياً متاح على أركسيف في دراسة حديثة، قامت عالمة الكونيات بجامعة شيكاغو ويندي فريدمان وزملاؤها بتحليل بيانات جديدة تم التقاطها بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي القوي التابع لوكالة ناسا. قاموا بقياس المسافة إلى 10 مجرات قريبة وقاسوا قيمة جديدة لمعدل تمدد الكون في الوقت الحاضر.

إن قياسها، الذي يبلغ 70 كيلومترًا في الثانية لكل ميغا فرسخ فلكي، يتداخل مع الطريقة الرئيسية الأخرى لثابت هابل.

وقال فريدمان، عالم الفلك الشهير وأستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة شيكاغو: “استنادًا إلى بيانات تلسكوب جيمس ويب الجديدة وباستخدام ثلاث طرق مستقلة، فإننا لا نجد دليلاً قويًا على وجود توتر هابل. بل على العكس من ذلك، يبدو أن نموذجنا الكوني القياسي لتفسير تطور الكون صامد”.

توتر هابل؟

لقد علمنا أن الكون يتمدد بمرور الوقت منذ عام 1929، عندما أجرى إدوين هابل (خريج جامعة شيكاغو عام 1910، وحاصل على الدكتوراه عام 1917) قياسات للنجوم أشارت إلى أن المجرات الأكثر بعداً عن الأرض تتحرك بعيداً عنها بسرعة أكبر من المجرات القريبة. ولكن من الصعب بشكل مدهش تحديد الرقم الدقيق لمدى سرعة تمدد الكون في الوقت الحالي.

هذا الرقم، المعروف بثابت هابل، ضروري لفهم القصة الخلفية للكون. وهو جزء أساسي من نموذجنا لكيفية تطور الكون بمرور الوقت.

وأوضح فريدمان أن “تأكيد حقيقة توتر هابل الثابت سيكون له عواقب كبيرة على الفيزياء الأساسية وعلم الكونيات الحديث”.

ونظرا لأهمية وصعوبة إجراء هذه القياسات، يقوم العلماء باختبارها بطرق مختلفة للتأكد من دقتها قدر الإمكان.

تتضمن إحدى الطرق الرئيسية دراسة الضوء المتبقي من أعقاب الانفجار العظيم، والمعروف باسم الخلفية الكونية للميكروويف. وأفضل تقدير حالي لثابت هابل بهذه الطريقة، وهو دقيق للغاية، هو 67.4 كيلومتر في الثانية لكل ميغا فرسخ فلكي.

الطريقة الرئيسية الثانية، والتي يتخصص فيها فريدمان، هي قياس تمدد المجرات في جوارنا الكوني المحلي بشكل مباشر، باستخدام النجوم التي نعرف درجة سطوعها. وكما تبدو أضواء السيارات باهتة عندما تكون بعيدة، فإن النجوم تبدو باهتة على مسافات أكبر وأكبر. ومن خلال قياس المسافات والسرعة التي تتحرك بها المجرات بعيدًا عنا، يمكننا أن نستنتج مدى سرعة تمدد الكون.

في الماضي، أعطت القياسات التي أجريت بهذه الطريقة رقمًا أعلى لثابت هابل – أقرب إلى 74 كيلومترًا في الثانية لكل ميغا فرسخ فلكي.

إن هذا الاختلاف كبير بما يكفي حتى أن بعض العلماء يتكهنون بأن شيئًا مهمًا قد يكون مفقودًا من نموذجنا القياسي لتطور الكون. على سبيل المثال، بما أن إحدى الطريقتين تنظر إلى الأيام الأولى للكون بينما تنظر الطريقة الأخرى إلى العصر الحالي، فربما تغير شيء كبير في الكون بمرور الوقت. وقد أصبح هذا التباين الواضح معروفًا باسم “توتر هابل”.

ويب يخوض في

يقدم تلسكوب جيمس ويب الفضائي أو JWST للبشرية أداة جديدة قوية لرؤية أعماق الفضاء. تم إطلاقه في عام 2021، خليفة تلسكوب هابل، وقد التقط صورًا حادة بشكل مذهل، وكشف عن جوانب جديدة لعوالم بعيدة، وجمع بيانات غير مسبوقة، وفتح نوافذ جديدة على الكون.

استخدمت فريدمان وزملاؤها التلسكوب لإجراء قياسات لعشر مجرات قريبة توفر الأساس لقياس معدل توسع الكون.

وللتحقق من نتائجهم، استخدموا ثلاث طرق مستقلة. تستخدم الطريقة الأولى نوعًا من النجوم يُعرف باسم النجم المتغير القيفاوي، والذي يتغير سطوعه بشكل يمكن التنبؤ به بمرور الوقت. الطريقة الثانية تُعرف باسم “طرف فرع العملاق الأحمر”، وتستخدم حقيقة أن النجوم ذات الكتلة المنخفضة تصل إلى حد أعلى ثابت لسطوعها.

وتستخدم الطريقة الثالثة والأحدث نوعاً من النجوم يسمى النجوم الكربونية، والتي تتميز بألوانها ودرجات سطوعها المتناسقة في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة من الضوء. والتحليل الجديد هو الأول الذي يستخدم الطرق الثلاث في وقت واحد، داخل نفس المجرات.

وفي كل حالة، كانت القيم ضمن هامش الخطأ للقيمة التي أعطتها طريقة الخلفية الكونية للميكروويف والتي تبلغ 67.4 كيلومتر في الثانية لكل ميغا فرسخ فلكي.

وقال فريدمان “إن الحصول على اتفاق جيد من ثلاثة أنواع مختلفة تماما من النجوم، بالنسبة لنا، هو مؤشر قوي على أننا على الطريق الصحيح”.

وقال باري مادور، المؤلف المشارك في الدراسة من مؤسسة كارنيجي للعلوم وأستاذ زائر في جامعة شيكاغو: “ستكون الملاحظات المستقبلية باستخدام تلسكوب جيمس ويب حاسمة لتأكيد أو دحض نظرية توتر هابل وتقييم الآثار المترتبة على علم الكونيات”.