كشف فريق دولي من علماء الفلك يوم الأربعاء عن أكثر الأدلة الإقامة حتى الآن أن الطاقة المظلمة – وهي ظاهرة غامضة تدفع عالمنا للتوسع بشكل أسرع – ليست قوة طبيعية مستمرة ولكنها تنحسر وتتدفق خلال الوقت الكوني.
يقترح القياس الجديد ، أن الطاقة الجديدة ، قد لا تستقيل من عالمنا بمصير تمزقه عبر كل مقياس ، من مجموعات المجرة إلى النوى الذرية. بدلاً من ذلك ، قد يتلاشى توسعه ، مما يترك الكون مستقرًا في النهاية. أو يمكن أن يعكس الكون المسار ، في النهاية محكوم عليه بانهيار يشير إليه علماء الفلك باسم الأزمة الكبيرة.
تعزز أحدث النتائج تلميحًا محيرًا من أبريل الماضي إلى أن هناك شيئًا ما كان مع النموذج القياسي لعلم الكونيات ، وأفضل نظرية للعلماء في التاريخ وهيكل الكون. تأتي القياسات ، من العام الماضي وهذا الشهر ، من تعاون يدير أداة طيفية الطاقة المظلمة ، أو Desi ، على تلسكوب في مرصد Kitt Peak الوطني في ولاية أريزونا.
وقال مايكل ليفي ، عالم الكونيات في مختبر لورانس بيركلي الوطني ومدير ديسي: “إنه أكثر من مجرد تلميح الآن”. وأضاف الدكتور ليفي: “إنه يضعنا في صراع مع قياسات أخرى”. “ما لم تتطور الطاقة المظلمة – إذن ، فتى ، يصطف كل البط على التوالي.”
تم الإعلان في اجتماع للجمعية الفيزيائية الأمريكية في أنهايم ، كاليفورنيا ، ويرافقه مجموعة من الأوراق التي تصف النتائج ، والتي يتم تقديمها لمراجعة الأقران والنشر في مجلة المجلة المادية D.
“من العدل أن نقول إن هذه النتيجة ، التي اتخذت بالقيمة الاسمية ، تبدو أكبر تلميح لدينا حول طبيعة الطاقة المظلمة خلال الـ 25 عامًا تقريبًا منذ اكتشافناها” ، “آدم ريس ، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة جونز هوبكنز ، وعلوم التلسكوب الفضائي في بالتيمور الذي لم يشارك في العمل ، لكن شاركت في جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2011 ، كتبت في رسالة بالبريد الإلكتروني.
ولكن حتى مع تحدى الملاحظات DESI النموذج القياسي لعلم الكونيات ، فإن نتيجة منفصلة عززته. في يوم الثلاثاء ، أصدر الفريق متعدد الجنسيات الذي أدار تلسكوب علم الكونيات في أتراكاما في تشيلي أكثر الصور التفصيلية التي التقطت على الإطلاق من عالم الرضع ، عندما كان عمره 380،000 عام فقط. (تم إيقاف هذا التلسكوب في عام 2022.)
يبدو أن تقريرهم ، الذي لم يراجعه الأقران بعد ، يؤكد أن النموذج القياسي كان يعمل كما هو متوقع في الكون المبكر. يصف أحد العناصر في هذا النموذج ، وهو ثابت هابل ، مدى سرعة توسع الكون ، ولكن خلال قياسات الثابت في نصف القرن الماضي ، لم يوافق بشكل صارخ ، وهو تناقض يعرف باسم توتر هابل. لقد تأمل المنظرون أنه ربما طفرة إضافية من الطاقة المظلمة في الكون المبكر للغاية ، عندما كانت الظروف ساخنة جدًا بحيث لا يمكن أن تتشكل ، يمكن أن تحل هذا التوتر.
يبدو أن أحدث نتائج أتاكاما تستبعد هذه الفكرة. لكنهم لا يقولون شيئًا حول ما إذا كانت طبيعة الطاقة المظلمة قد تطورت في وقت لاحق من الوقت.
أثار كلا التقريرين مدحًا فادحًا من علماء الكونيات الآخرين ، الذين اعترفوا في وقت واحد بارتباك كوني حول ما يعنيه كل هذا.
وقالت ويندي فريدمان ، عالمة الكون في جامعة شيكاغو التي قضت حياتها في قياس الكون ولم يشارك في أي من الدراسة: “لا أعتقد أن الكثير من الأفكار الجيدة لما قد يفسر التوتر الهابل في هذه المرحلة”.
وقال مايكل تيرنر ، المنظر في جامعة شيكاغو ، الذي لم يشارك أيضًا في الدراسات: “الخبر السار هو ، لا تشققات في البيض الكوني. الأخبار السيئة هي ، لا تشققات في البيض الكوني”.
وأضاف الدكتور تيرنر ، الذي صاغ مصطلح “الطاقة المظلمة” ، أنه إذا كان هناك صدع ، “لم يتم فتحه على نطاق واسع بما فيه الكفاية – حتى الآن – لنرى الشيء الكبير التالي في علم الكونيات”.
غالبًا ما يقارن علماء الفلك المجرات في عالم توسيع للزبيب في كعكة الخبز. مع ارتفاع العجين ، يتم تنفيذ الزبيب بعيدًا. كلما كانوا من بعضهم البعض ، كلما انفصلوا بشكل أسرع.
في عام 1998 ، قامت مجموعتان من علماء الفلك بقياس توسيع الكون من خلال دراسة سطوع نوع معين من النجمة الفائقة ، أو النجم المنفجر. تولد مثل هذا supernovas نفس كمية الضوء ، بحيث تظهر بشكل متوقع متوقع على مسافات أبعد. إذا كان توسع الكون يتباطأ ، كما يعتقد العلماء في ذلك الوقت ، كان ينبغي أن يكون الضوء من الانفجارات البعيدة أكثر إشراقًا قليلاً من المتوقع.
لدهشتهم ، وجدت المجموعتان أن supernovas كانت خافتة مما كان متوقعا. بدلاً من التباطؤ ، كان توسيع الكون يسرع بالفعل.
لا يمكن لأي طاقة معروفة للفيزيائيين قيادة التوسع المتسارع ؛ يجب أن تتخلى قوتها لأنها تنتشر بشكل أكثر رقيقة عبر عالم بالون. ما لم تكن تلك الطاقة تأتي من الفضاء نفسها.
تحملت هذه الطاقة المظلمة جميع تكييف عامل الهراء الذي أدخله ألبرت أينشتاين في نظريته عن الجاذبية في عام 1917 لشرح سبب انهيار الكون تحت وزنه. يمثل عامل الهراء ، المعروف باسم الثابت الكوني ، نوعًا من التنافر الكوني الذي من شأنه أن يوازن بين الجاذبية ويثبت الكون – أو هكذا اعتقد. في عام 1929 ، عندما أصبح من الواضح أن الكون كان يتوسع ، تخلى أينشتاين عن الثابت الكوني ، وبحسب ما ورد وصفه بأكبر خطأ.
لكن بعد فوات الأوان. تتنبأ إحدى ميزات نظرية الكم التي تم وضعها في عام 1955 أن المساحة الفارغة هي الرغوة بالطاقة التي من شأنها أن تنتج قوة بغيضة تمامًا مثل عامل حلوى آينشتاين. بالنسبة للربع الأخير من القرن ، كان هذا الثابت جزءًا من النموذج القياسي لعلم الكونيات. يصف النموذج الكون المولود قبل 13.8 مليار سنة ، في شرارة هائلة تُعرف باسم الانفجار الكبير ، وتتألف من 5 في المائة من المواد الذرية ، و 25 في المائة من الطاقة المظلمة و 70 في المائة من الطاقة المظلمة. لكن النموذج فشل في تحديد المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة بالفعل.
إذا كانت شركة Dark Energy هي ثابتة حقًا لـ Einstein ، فإن النموذج القياسي ينبض بمستقبل قاتم: سيستمر الكون في السرعة ، إلى الأبد ، وأصبح أغمق وحيدة. ستكون المجرات البعيدة في النهاية بعيدة جدًا عن رؤيتها. سيتم امتصاص كل الطاقة والحياة والفكر من الكون.
“شيء يتبعه”
يحاول علماء الفلك في فريق DESI وصف الطاقة المظلمة من خلال مسح المجرات في عصور مختلفة من الوقت الكوني. لقد أثرت المخالفات الصغيرة في انتشار المادة عبر الكون البدائي على المسافات بين المجرات اليوم – المسافات التي توسعت ، بطريقة قابلة للقياس ، إلى جانب الكون.
تتألف البيانات المستخدمة لأحدث قياس DESI من كتالوج من حوالي 15 مليون مجرة وغيرها من الأشياء السماوية. بمفرده ، لا تشير مجموعة البيانات إلى أن أي شيء ينفخ مع الفهم النظري للطاقة المظلمة. ولكن إلى جانب الاستراتيجيات الأخرى لقياس توسيع الكون – على سبيل المثال ، فإن دراسة النجوم المنفجرة وأقدم ضوء في الكون ، تنبعث من مائة ألف عام بعد الانفجار الكبير – لم تعد البيانات تصطف على ما يتوقعه النموذج القياسي.
التناقض بين البيانات والنظرية هو على الأكثر 4.2 سيغما (في وحدات عدم اليقين التي يفضلها علماء الفيزيائيين) ، تمثل واحدة من كل 50000 فرص أن تكون النتائج بمثابة صدفة. لكن عدم التطابق لم يعد بعد خمسة سيغما (يساوي واحدة من بين كل 3.5 مليون فرص) ، المعيار الصارم الذي وضعه الفيزيائيون للمطالبة باكتشاف.
ومع ذلك ، فإن الانفصال يشير إلى أن هناك شيئًا ما في النموذج الكوني غير مفهوم جيدًا. قد يحتاج العلماء إلى مراجعة كيفية تفسير الجاذبية أو فهم النور القديم من الانفجار الكبير. يعتقد علماء الفلك الذين يعتقدون أن المشكلة قد تكون طبيعة الطاقة المظلمة.
وقالت مصطفى إيهاك بوشاكي ، عالم الكونيات في جامعة تكساس في دالاس الذي ساعد في قيادة أحدث تحليلات لـ DESI: “إذا قدمنا طاقة داكنة ديناميكية ، فإن قطع اللغز تتناسب مع بعضها البعض بشكل أفضل”.
أعرب ويل بيرسيفال ، عالم الكونيات في جامعة واترلو في أونتاريو والمتحدث الرسمي باسم تعاون ديسي ، عن إثارة ما يكمن في الأفق. وقال “هذا في الواقع القليل من اللقطة في الذراع للحقل”. “الآن لدينا شيء نتبعه.”
في الخمسينيات من القرن الماضي ، ادعى علماء الفلك أن هناك حاجة إلى رقمين فقط لشرح علم الكونيات: أحدهما يتعلق بمدى سرعة توسع الكون وآخر يصف تباطؤه ، أو كم كان هذا التوسع يتباطأ. تغيرت الأمور في الستينيات من القرن الماضي ، مع اكتشاف أن الكون قد استحم في ضوء من الانفجار الكبير ، والمعروف باسم خلفية الميكروويف الكونية. سمح قياس إشعاع الخلفية هذا للعلماء بالتحقيق في فيزياء الكون المبكر والطريقة التي تشكلت بها المجرات وتطورها لاحقًا. نتيجة لذلك ، يتطلب النموذج القياسي لعلم الكونيات الآن ستة معلمات ، بما في ذلك كثافة المادة العادية والظلام في الكون.
نظرًا لأن علم الكونيات أصبح أكثر دقة ، فقد نشأت توترات إضافية بين القيم المتوقعة والقياس لهذه المعلمات ، مما يؤدي إلى وفرة من الامتدادات النظرية للنموذج القياسي. لكن أحدث النتائج من تلسكوب علم الكونيات في أتاكاما – أوضح الخرائط حتى الآن لخلفية الميكروويف الكونية – يبدو أنها تغلق الباب على العديد من هذه الامتدادات.
ستواصل DESI جمع البيانات لمدة عام آخر على الأقل. تلسكوبات أخرى ، على الأرض وفي الفضاء ، ترسم وجهات نظرهم الخاصة للكون ؛ من بينها منشأة Zwicky Transient في سان دييغو وتلسكوب الفضاء الإقليدي الأوروبي ومهمة Spherex التي تم إطلاقها مؤخرًا. في المستقبل ، سيبدأ مرصد Vera C. Rubin في تسجيل صورة متحركة لسماء الليل من تشيلي هذا الصيف ، ويتم إطلاق تلسكوب الفضاء الروماني التابع لناسا في عام 2027.
كل سيصنع الضوء من السماء ، وقياس قطع الكون من وجهات نظر مختلفة ويساهم في فهم أوسع للكون ككل. جميعها بمثابة تذكير مستمر لبيضة صعبة الكون لتكسير.
وقال ألكسي لياوثو ، عالم الكونيات في جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز ، ومتحدث باسم “كل من مجموعات البيانات هذه” مع نقاط القوة الخاصة بها “. “الكون معقد. ونحن نحاول فصل الكثير من الأشياء المختلفة.”
اكتشاف المزيد من موقع علم
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
