الجاذبية تسحبنا إلى الأرض ، وهو درس تتعلمه بشكل كبير في المرة الأولى التي تسقط فيها. وصف إسحاق نيوتن الجاذبية بأنها قوة جذابة عالمية ، وهي قوة تحمل القمر في المدار حول الأرض ، والكواكب في المدار حول الشمس ، والشمس في المدار حول وسط مجرتنا.
في التسعينيات ، اكتشف علماء الفلك اكتشافًا مذهلاً مفاده أن توسيع الكون قد انطلق على مدار الخمس مليارات سنة الماضية ، مما يعني أن الجاذبية يمكن أن تدفعها وكذلك السحب.
تشرح نظرية آينشتاين النسبية العامة الجاذبية كنتيجة لوقت الفضاء المنحني ، حيث تتيح كل من الجاذبية والازدهار. ومع ذلك ، فإن إنتاج التنافر الجاذبية يتطلب شكلاً جديدًا من الطاقة ذات الخصائص الفيزيائية الغريبة ، وغالبًا ما يشار إليها باسم “الطاقة المظلمة”.
نتائج جديدة من دراسة استقصائية كبيرة للكون ، التي تم الإعلان عنها في مارس 2025 ، تتحدى الصورة التقليدية للطاقة المظلمة.
الطاقة المظلمة والتوسع الكوني
إن أبسط تفسير للتسارع الكوني يفترض شكلاً من أشكال الطاقة التي تملأ المساحة الفارغة على ما يبدو وتبقى ثابتة مع مرور الوقت ، بدلاً من التخفيف مع توسيع الكون.
في الواقع ، تتنبأ ميكانيكا الكم بأن المساحة “الفارغة” مليئة بالجزيئات التي تتدفق لفترة وجيزة داخل وخارج الوجود. للوهلة الأولى ، يبدو أن هذا التأثير يمكن أن يفسر طاقة داكنة ثابتة ، ولكن لا توجد تقديرات بسيطة لحجم التأثير مع الملاحظات الفعلية. ومع ذلك ، فإن الطاقة المظلمة المستمرة هي افتراض بسيط أثبت نجاحه في شرح العديد من القياسات الكونية.
يتضمن النموذج الكوني القياسي اليوم هذا النوع من الطاقة المظلمة المستمرة. كما أنه يدمج الذرات والمواد المظلمة ، التي تمارس الجاذبية الجذابة التي تقاوم تنافر الطاقة المظلمة.
قياسات طاقة مظلمة جديدة
إن القياسات الجديدة من الأداة الطيفية للطاقة المظلمة ، أو التعاون ، والتي ننتمي إليها ، تشكل التحدي الأكثر حدة حتى الآن لهذا النموذج القياسي.
بالنسبة لتنبؤات الطاقة المظلمة المستمرة ، تشير قياسات DESI الجديدة إلى أن الكون كان يتوسع بشكل أسرع قليلاً قبل بضعة مليارات سنة – بنسبة 1 ٪ إلى 3 ٪ – قبل الاسترخاء إلى معدل التوسع المتوقع اليوم. أحد التفسيرات لهذه السرعة المؤقتة هو أن “نابض” الطاقة المظلمة – مزيج من الطاقة والضغط الذي يحدد تأثيره البغيض – كان أعلى في الماضي. ثم انخفض الربيع مع توسع الكون أكثر.
يمكن لعلماء الفلك قياس تاريخ الكون من وجهة نظرنا في الوقت الحاضر لأن الضوء يسافر بسرعة محدودة. لذلك ، نرى أشياء بعيدة كما كانت في الماضي. يمتد التوسع الكوني الطول الموجي للضوء – وهي ظاهرة تعرف باسم الانزياح الأحمر. يمكن أن يكشف القياس الدقيق لضوء الكائن عن حجم الكون في وقت انبعاث الضوء.
تستند نتائج DESI الجديدة إلى قياس الانزياحات الحمراء لأكثر من 14 مليون مجرة ، مما يخلق خريطة ثلاثية الأبعاد تمتد إلى 12 مليار سنة من التاريخ الكوني. لتحديد المسافات التي تم نقلها عبر هذه الخريطة ، قام Desi بقياس ميزة خفية مطبوعة على تجميع هذه المجرات بواسطة الموجات الصوتية التي سافرت عبر الكون المبكر.
نتيجة مثيرة
تأتي أدلة Desi على تطور الطاقة المظلمة من الجمع بين قياساتها الخاصة وقياسات الانزياح الأحمر مع قياسات أخرى لمتوسط كثافة المادة في الكون. كلما ارتفعت كثافة المادة ، كلما زادت قوة الدفع ضد الدفعة الواسعة للطاقة المظلمة. تأتي قياسات كثافة المسألة من مهمة Planck الفضائية التي تقودها أوروبا ، والتي حددت بنية في خلفية الميكروويف الكونية.
يفضل مزيج من بيانات DESI و PLANCK الطاقة المظلمة المتطورة ، بدلاً من الطاقة المظلمة المستمرة ، مع دلالة إحصائية من 3.1 الانحرافات المعيارية. هذه النتيجة لديها فقط 1 من 500 فرصة للحدوث عشوائيا.
على الرغم من الصعاب الطويلة ، يعتبر الفيزيائيون مثل هذا الاستنتاج أدلة صلبة ولكنها غير ساحقة ، وذلك جزئياً لأنه حتى أكثر المجربات حذراً قد يقللون من أوجه عدم اليقين في قياساتهم.
لتعزيز الحالة الإحصائية ، أضاف علماء DESI قياسات المسافات الكونية التي قام بها تعاون مسح الطاقة المظلمة ، والتي طبقت تقنية قياس مختلفة تستند إلى سطوع الضوء من انفجارات Supernova.
إن مزيج Desi و Planck و Dark Energy Supctipe يفضل نموذج الطاقة المظلمة المتطورة باحتمالات من 40،000 إلى 1. ومع ذلك ، فإن مسوحات Supernova الأخرى تعطي نتائج أكثر مع الطاقة المظلمة المستمرة ، لذلك فإن معظم علماء الكونيات ليسوا مستعدين بعد للتخلي عن النموذج الكوني القياسي.
حتى لو صمدت نتائج ديسي ، فإنهم لا يزالون لا يستطيعون تحديد ماهية الطاقة المظلمة. لكن يمكنهم توفير أدلة أقوى بكثير من علماء الكون من قبل.
يشير النموذج المستند إلى DESI إلى أن الطاقة المظلمة غيرت خصائصها بسرعة بشكل مدهش. بدأت الطاقة المظلمة في فقدان قوتها المثيرة للاشمئزاز في نفس الوقت تقريبًا ، أصبحت الشكل المهيمن للطاقة في الكون.
إن الاستقراء إلى الماضي ، يشير هذا النموذج أيضًا إلى أن الطاقة المظلمة كانت ذات يوم نابضًا غير عادي ، على مستوى لا يمكن أن تفسر أي نظرية بسيطة لحقل الطاقة المظلمة. نظرًا لأن البيانات المستقبلية تزيد من هذه القياسات ، فقد توجهنا النتائج في اتجاه جديد غريب – ربما حتى تحدي نظرية آينشتاين للجاذبية نفسها.
في النموذج الذي يناسب بيانات DESI ، ترتفع كثافة الطاقة المظلمة ، ثم تراجع ، والتي تظهر كمنحنى أزرق ، بدلاً من البقاء ثابتًا كما هو مفترض في النموذج الكوني القياسي ، الذي يشير إليه الخط الأفقي المنقط. في كلتا الحالتين ، تخفف كثافة الذرات والمواد المظلمة مع توسع الكون ، ويظهر كمنحنى أحمر ، واليوم هو حوالي نصف طاقة داكنة. بدأ التأثير البغيض للطاقة المظلمة يتجاوز التأثير الجذاب للمادة عندما كان عمر الكون حوالي 8 مليارات سنة ، ويميز “بالتسارع”. ديفيد وينبرغ
تجربة طموحة
Desi هي مهمة طموحة للغاية ومثال على “العلم الكبير” في أفضل حالاتها. يتم تثبيت الأداة نفسها على تلسكوب مايل 4 أمتار في مرصد Kitt Peak الوطني. يستخدم 5000 ألياف بصرية مثبتة على مواقع روبوتية صغيرة توجه الضوء من المجرات الفردية إلى الأدوات العلمية التي تشوه هذا الضوء وتسجيل البيانات لقياس الانزياحات الحمراء.
كل 15 دقيقة ، ينتقل التلسكوب إلى منطقة جديدة من السماء ، وتنقل الروبوتات الألياف للإشارة إلى 5000 موقع مجرة جديد. بعد خمس سنوات من التصميم والبناء ، عملت DESI بشكل مستمر منذ عام 2021.
عن قرب من المستوى البؤري Desi الذي يظهر عدد قليل من مواقع الألياف البالغ عددها 5000. البقع البيضاء داخل الدوائر المزرق هي الألياف البصرية التي توجه الضوء الذي تم جمعه من المجرات البعيدة إلى الطيف على بعد حوالي 40 مترًا. الدكتورة كلير بوبيت ، تعاون ديسي
بقيادة مختبر لورانس بيركلي الوطني التابع لوزارة الطاقة ، تعاون ديسي من أكثر من 900 عالم في 70 مؤسسة في جميع أنحاء العالم. في جامعتنا وحدها ، عمل أكثر من 20 من أعضاء هيئة التدريس والطلاب وموظفي ما بعد الدكتوراه وموظفي الأبحاث على DESI على مدار العقد الماضي.
يتضمن هذا العمل مساهمات في بناء وتثبيت الطيف ، التي تقيس خصائص الضوء ، بالإضافة إلى كتابة البرامج لتسجيل البيانات ، وعمليات الأدوات الرائدة ، ومراقبة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها في التلسكوب ، وتصميم جالاكسي وشوائب المتسابقين ، وإنشاء تصنيفات للتحليل الإحصائي ، واختبار تقنيات القياس مع محاكاة الكمبيوتر ، وتكتب الخطابات – جميعها في التمسك.
إذا كانت الأدلة على تطور الطاقة المظلمة تتوافق-وعلى الرغم من حذرنا الغريزي ، فإننا نعتقد أن لديها فرصة جيدة للقيام بذلك-فستنضم إلى قائمة باكتشافات رائعة في القرن الحادي والعشرين المحققة مع الاستثمارات الوطنية الأمريكية الكبيرة.
تشمل هذه الاكتشافات أول اكتشاف للموجات الجاذبية من قبل مرصد موجة الجاذبية الممولة من المؤسسة الوطنية للعلوم ، والقياسات المذهلة للمجرات وأجواء الكواكب الخارجية من تلسكوب جيمس ويب في ناسا.
تُظهر هذه الإنجازات ما يمكن أن ينجزه دعم العلم من قبل دافعي الضرائب الأمريكيين والباحثين المبدعين في جميع أنحاء العالم.
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة ، وهي مؤسسة إخبارية مستقلة غير ربحية تجلب لك الحقائق والتحليلات الجديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتبه: ديفيد وينبرغ ، جامعة ولاية أوهايو؛ آشلي روس ، جامعة ولاية أوهايو؛ Klaus Honscheid ، جامعة ولاية أوهايووبول مارتيني ، أوهايو
اقرأ المزيد:
يتلقى ديفيد وينبرغ تمويلًا من المؤسسة الوطنية للعلوم وناسا يدعم أبحاثه في الطاقة المظلمة.
يتلقى آشلي روس تمويلًا من مختبر لورانس بيركلي الوطني لدعم عمله على ديسي وناسا لدعم العمل في التجارب ذات الصلة.
Klaus Honscheid يتلقى تمويل من وزارة الطاقة.
بول مارتيني يتلقى تمويلًا من وزارة الطاقة.