تحليل جديد لبيانات الويب التي تقيس معدل توسع الكون لا يجد أي “توتر هابل”

نحن نعرف الكثير عن كوننا، لكن علماء الفلك ما زالوا يتناقشون حول مدى سرعة توسعه. في الواقع، على مدى العقدين الماضيين، توصلت الطريقتان الرئيسيتان لقياس هذا الرقم، والمعروفة باسم “ثابت هابل”، إلى إجابات مختلفة، مما دفع البعض إلى التساؤل عما إذا كان هناك شيء مفقود في نموذجنا لكيفية عمل الكون.

لكن القياسات الجديدة التي أجراها تلسكوب جيمس ويب الفضائي القوي تشير إلى أنه قد لا يكون هناك تصادم على الإطلاق، والمعروف أيضًا باسم “توتر هابل”.

ورقة مقدمة مجلة الفيزياء الفلكيةحالياً متاح في ذلك اليوم arXiv في خادم ما قبل الطباعة، قامت ويندي فريدمان، عالمة الكونيات بجامعة شيكاغو، وزملاؤها بتحليل البيانات الجديدة التي التقطها تلسكوب جيمس ويب الفضائي القوي التابع لناسا. وقاموا بقياس المسافات إلى 10 مجرات قريبة وحسبوا قيمة جديدة للمعدل الحالي الذي يتوسع به الكون.

قياسها، 70 كيلومترًا في الثانية لكل ميغابارسيك، يتجاوز الطريقة الرئيسية الأخرى لثابت هابل.

وقال فريدمان، عالم الفلك المتميز وأستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة شيكاغو وأستاذ جامعة جون وماريان سوليفان: “بناءً على بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي الجديدة وباستخدام ثلاث طرق مستقلة، لم نجد أي دليل قوي على توتر هابل”. “على العكس من ذلك، يبدو أن نموذجنا الكوني القياسي لتفسير تطور الكون صحيح.”

التوتر هابل؟

لقد عرفنا أن الكون يتوسع بمرور الوقت منذ عام 1929 عندما أجرى إدوين هابل (SB 1910، دكتوراه 1917) من جامعة شيكاغو قياسات للنجوم أشارت إلى أن المجرات البعيدة كانت تتحرك بعيدًا عن الأرض بشكل أسرع من المجرات القريبة. لكن العثور على رقم دقيق لمدى سرعة توسع الكون حاليًا أمر صعب للغاية.

وهذا الرقم، الذي يسمى ثابت هابل، ضروري لفهم خلفية الكون. إنه جزء مهم من نموذجنا لكيفية تطور الكون مع مرور الوقت.

وأوضح فريدمان: “إن تأكيد هابل لحقيقة التوتر المستمر سيكون له عواقب مهمة على كل من الفيزياء الأساسية وعلم الكونيات الحديث”.

ونظرًا لأهمية وصعوبة إجراء هذه القياسات، قام العلماء باختبارها من خلال طرق مختلفة للتأكد من دقتها قدر الإمكان.

النهج الرئيسي هو دراسة الضوء المتبقي من آثار الانفجار الكبير، والمعروف باسم الخلفية الكونية الميكروية. أفضل تقدير حالي لثابت هابل بهذه الطريقة، وهو دقيق جدًا، هو 67.4 كيلومترًا في الثانية لكل ميغا فرسخ فلكي.

الطريقة الرئيسية الثانية التي يتخصص فيها فريدمان هي القياس المباشر لتوسع المجرات في جوارنا الكوني المحلي، باستخدام النجوم ذات السطوع المعروف. فكما تبدو المصابيح الأمامية للسيارة باهتة عندما تكون بعيدة، فإن النجوم تبدو باهتة أيضًا على مسافات أكبر. إن قياس المسافات والسرعات التي تبتعد بها المجرات عنا يوضح مدى سرعة توسع الكون.

في الماضي، أعطت القياسات بهذه الطريقة رقمًا أعلى لثابت هابل، وهو 74 كيلومترًا في الثانية لكل ميغابارسيك.

وهذا الاختلاف كبير جدًا لدرجة أن بعض العلماء يتوقعون أن شيئًا مهمًا قد يكون مفقودًا في نموذجنا القياسي لتطور الكون. على سبيل المثال، بما أن إحداهما تنظر إلى الأيام الأولى للكون والأخرى إلى العصر الحالي، فإن شيئًا كبيرًا قد تغير في الكون بمرور الوقت. أصبح عدم التطابق الواضح هذا معروفًا باسم “توتر هابل”.

يدخل الويب

يمنح تلسكوب جيمس ويب الفضائي، أو JWST، البشرية أداة جديدة قوية للتعمق في الفضاء. تم إطلاقه في عام 2021، حيث التقط خليفة تلسكوب هابل صورًا حادة بشكل مذهل، وكشف عن ميزات جديدة للعوالم البعيدة وجمع بيانات غير مسبوقة، وفتح نوافذ جديدة على الكون.

استخدم فريدمان وزملاؤه التلسكوب لإجراء قياسات لعشر مجرات قريبة، مما يوفر أساسًا لقياس معدل توسع الكون.

وللتحقق من نتائجهم، استخدموا ثلاث طرق مستقلة. يستخدم الأول نوعًا من النجوم يسمى النجم القيفاوي المتغير والذي يختلف في سطوعه بشكل متوقع بمرور الوقت. الطريقة الثانية تسمى “نهاية فرع العملاق الأحمر” وتستغل حقيقة أن النجوم منخفضة الكتلة تصل إلى حد أعلى ثابت لمعانها.

ويستخدم النوع الثالث والأحدث نوعًا من النجوم يسمى نجوم الكربون، والتي لها ألوان وسطوع متسقة في طيف الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء. والتحليل الجديد هو الأول من نوعه الذي يستخدم الطرق الثلاث في وقت واحد داخل نفس المجرات.

وفي كل حالة، كانت القيم ضمن هامش الخطأ للقيمة التي قدمتها طريقة الخلفية الكونية الميكروية البالغة 67.4 كيلومترًا في الثانية لكل ميغا فرسخ فلكي.

وقال فريدمان: “إن الحصول على موافقة جيدة من ثلاثة أنواع مختلفة من النجوم يعد مؤشرا قويا على أننا نسير على الطريق الصحيح”.

وقال المؤلف المشارك في الدراسة باري مادور، الأستاذ الزائر في معهد كارنيجي للعلوم وجامعة شيكاغو: “الملاحظات المستقبلية مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي ستكون حاسمة لتأكيد أو دحض توتر هابل وتقييم الآثار المترتبة على علم الكونيات”.