في عشرينيات القرن العشرين ، كشف إدوين هابل عن اكتشاف رائد بأن الكون في حالة توسع. تنبأ في الأصل نتيجة لنظرية آينشتاين للنسبية العامة ، أدى هذا التأكيد إلى ما أصبح يعرف باسم ثابت هابل. في العقود التي تلت ذلك ، وبفضل نشر التلسكوبات من الجيل التالي - مثل تلسكوب هابل الفضائي (HST) - اضطر العلماء إلى مراجعة هذا القانون.
باختصار ، في العقود القليلة الماضية ، سمحت القدرة على رؤية أبعد إلى الفضاء (وأعمق من الزمن) لعلماء الفلك بإجراء قياسات أكثر دقة حول مدى سرعة تمدد الكون المبكر. وبفضل المسح الجديد الذي تم إجراؤه باستخدام هابل ، تمكن فريق دولي من علماء الفلك من إجراء القياسات الأكثر دقة لمعدل توسع الكون حتى الآن.
أجرى هذا الاستطلاع فريق Supernova H0 من أجل معادلة الدولة (SH0ES) ، وهي مجموعة دولية من علماء الفلك الذين يسعون لتحسين دقة ثابت هابل منذ عام 2005. ويقود المجموعة آدم ريس من الفضاء معهد علوم التلسكوب (STScI) وجامعة جونز هوبكنز ، ويضم أعضاء من المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي ومعهد نيلز بور والمرصد الوطني لعلم الفلك البصري والعديد من الجامعات والمؤسسات البحثية المرموقة.
ظهرت الدراسة التي تصف نتائجهم مؤخرًا في المجلة الفيزيائية الفلكية تحت عنوان "اكتب Ia Supernova المسافات في Redshift> 1.5 من تلسكوب هابل الفضائي برامج الخزانة متعددة الدورات: معدل التوسع المبكر ". من أجل دراستهم ، وبما يتماشى مع أهدافهم على المدى الطويل ، سعى الفريق إلى بناء "سلم مسافة" جديد وأكثر دقة.
هذه الأداة هي الطريقة التي قام بها علماء الفلك عادةً بقياس المسافات في الكون ، والتي تتكون من الاعتماد على علامات المسافة مثل متغيرات Cepheid - النجوم النابضة التي يمكن استنتاج مسافاتها من خلال مقارنة سطوعها الداخلي مع سطوعها الواضح. ثم تُقارن هذه القياسات بالطريقة التي يتحول بها الضوء من المجرات عن بُعد إلى اللون الأحمر لتحديد مدى سرعة توسع الفضاء بين المجرات.
من هذا ، مشتق ثابت هابل. لبناء سلمهم البعيد ، أجرى ريس وفريقه قياسات المنظر باستخدام كاميرا هابل واسعة المجال 3 (WFC3) لثمانية نجوم متغيرة Cepheid التي تم تحليلها حديثًا في درب التبانة. هذه النجوم تبعد حوالي 10 مرات عن أي دراسة تمت دراستها سابقًا - ما بين 6000 و 12000 سنة ضوئية من الأرض - وتنبض على فترات أطول.
لضمان الدقة التي من شأنها أن تفسر تذبذب هذه النجوم ، طور الفريق أيضًا طريقة جديدة حيث يقوم هابل بقياس موقع النجم ألف مرة في الدقيقة كل ستة أشهر لمدة أربع سنوات. ثم قارن الفريق سطوع هذه النجوم الثمانية مع السيفيد البعيدة لضمان تمكنهم من حساب المسافات إلى المجرات الأخرى بدقة أكبر.
باستخدام التقنية الجديدة ، كان هابل قادرًا على التقاط التغيير في موضع هذه النجوم بالنسبة إلى النجوم الأخرى ، مما سهل الأمور بشكل كبير. كما أوضح ريس في بيان صحفي لوكالة ناسا:
"تسمح هذه الطريقة بفرص متكررة لقياس حالات النزوح الصغيرة للغاية بسبب اختلاف المنظر. أنت تقيس الفاصل بين نجمتين ، ليس فقط في مكان واحد على الكاميرا ، ولكن مرارًا وتكرارًا آلاف المرات ، لتقليل أخطاء القياس ".
بالمقارنة مع الاستطلاعات السابقة ، تمكن الفريق من توسيع عدد النجوم التي تم تحليلها لمسافات تصل إلى 10 مرات أبعد. ومع ذلك ، تتناقض نتائجهم أيضًا مع تلك التي حصل عليها القمر الصناعي Planck التابع لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ، والذي كان يقيس الخلفية الميكروية الكونية (CMB) - الإشعاع المتبقي الذي خلقته الانفجار الكبير - منذ نشره في عام 2009.
من خلال رسم خرائط CMB ، تمكن Planck من تتبع توسع الكون خلال أوائل الكون - حوالي. 378000 سنة بعد الانفجار الكبير. تنبأت نتيجة بلانك بأن قيمة هابل الثابتة يجب أن تكون الآن 67 كيلومترًا في الثانية لكل ميجابيكسل (3.3 مليون سنة ضوئية) ، ولا يمكن أن تكون أعلى من 69 كيلومترًا في الثانية لكل ميجابكسل.
استنادًا إلى sruvey ، حصل فريق Riess على قيمة 73 كيلومترًا في الثانية لكل ميجابكسل ، وهو تناقض بنسبة 9 ٪. تشير نتائجها بشكل أساسي إلى أن المجرات تتحرك بمعدل أسرع من تلك التي تشير إليها ملاحظات الكون المبكر. نظرًا لأن بيانات هابل كانت دقيقة للغاية ، لا يمكن لعلماء الفلك استبعاد الفجوة بين النتيجتين باعتبارها أخطاء في أي قياس أو طريقة واحدة. كما أوضح ريس:
"إن المجتمع يناضل حقًا لفهم معنى هذا التناقض ... تم اختبار كلتا النتيجتين بطرق متعددة ، لذا منع سلسلة من الأخطاء غير ذات الصلة. من المحتمل بشكل متزايد أن هذه ليست حشرة ولكنها سمة من سمات الكون ".
لذلك تشير هذه النتائج الأخيرة إلى أن بعض القوى غير المعروفة سابقًا أو بعض الفيزياء الجديدة قد تكون تعمل في الكون. من حيث التفسيرات ، قدم ريس وفريقه ثلاثة احتمالات ، كلها تتعلق بـ 95 ٪ من الكون التي لا نستطيع رؤيتها (أي المادة المظلمة والطاقة المظلمة). في عام 2011 ، حصل ريس وعلمان آخران على جائزة نوبل في الفيزياء لاكتشافهما لعام 1998 أن الكون كان بمعدل تسارع التوسع.
تماشيا مع ذلك ، يقترحون أن الطاقة المظلمة يمكن أن تدفع المجرات بعيدا عن بعضها البعض بقوة متزايدة. الاحتمال الآخر هو أن هناك جسيمات دون ذرية غير مكتشفة هناك تشبه النيوترينو ، ولكنها تتفاعل مع المادة الطبيعية عن طريق الجاذبية بدلاً من القوى دون الذرية. هذه "النيوترينوهات المعقمة" ستنتقل بسرعة قريبة من سرعة الضوء ويمكن أن تعرف مجتمعة باسم "الإشعاع المظلم".
أي من هذه الاحتمالات يعني أن محتويات الكون المبكر كانت مختلفة ، مما يجبر على إعادة التفكير في نماذجنا الكونية. في الوقت الحاضر ، ليس لدى ريس وزملاؤه أي إجابات ، لكنهم يخططون لمواصلة تحسين قياساتهم. حتى الآن ، قلل فريق SHOES حالة عدم اليقين في ثابت هابل إلى 2.3٪.
وهذا يتماشى مع أحد الأهداف المركزية لتلسكوب هابل الفضائي ، والذي كان للمساعدة في تقليل قيمة عدم اليقين في ثابت هابل ، والذي اختلفت التقديرات بشأنه بعامل 2.
لذلك بينما يفتح هذا التناقض الباب أمام أسئلة جديدة وصعبة ، فإنه يقلل أيضًا من عدم اليقين لدينا بشكل كبير عندما يتعلق الأمر بقياس الكون. في نهاية المطاف ، سيؤدي هذا إلى تحسين فهمنا لكيفية تطور الكون بعد أن تم إنشاؤه في كارثة نارية قبل 13.8 مليار سنة.
