عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
مصدر الصورة: NASA، ESA، CSA، STScI، Jose M. Diego (IFCA)، Jordan CJ D'Silva (UWA)، Anton M. Koekemoer (STScI)، Jake Summers (ASU)، Rogier Windhorst (ASU)، Haojing Yan ( جامعة ميسوري)
دعمت الملاحظات الجديدة من تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) البيانات الواردة من سابقه، تلسكوب هابل الفضائي، لتحديد شيء مفقود في وصفتنا للكون.
أجرى تلسكوب جيمس ويب الفضائي أكبر مسح له حتى الآن للتوسع المتسارع للكون، بينما يحاول العلماء اكتشاف سبب توسع الكون بشكل أسرع اليوم مما تقول صورتنا في بداياته، قبل مليارات السنين، إنه ينبغي عليه ذلك. حاليًا، يفترض العلماء أن التوسع المتسارع يحدث بسبب عنصر نائب، “الطاقة المظلمة”، لكنهم يحتاجون حقًا إلى معرفة ما هي الطاقة المظلمة في الواقع قبل العثور على تفسير قاطع.
ساهم مسح تلسكوب جيمس ويب الفضائي في التحقق من الملاحظات التي أجراها هابل والتي تشير إلى وجود تناقض في قياسات معدل التوسع الكوني، المعروف باسم ثابت هابل. أُطلق على هذه المشكلة اسم “توتر هابل”، وتُظهر هذه النتائج الجديدة أن الأخطاء في البيانات الواردة من التلسكوب الفضائي طويل الأمد الذي يحمل نفس الاسم ليست مسؤولة عن ذلك.
وبما أن توتر هابل لا يمكن تفسيره من خلال أفضل نماذجنا للكون أو الأخطاء في قياسات هابل، يبدو أنه لا تزال هناك حاجة إلى عنصر إضافي في وصفتنا الكونية.
وقال قائد الفريق آدم ريس، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة جونز هوبكنز، في بيان: “إن التناقض بين معدل التوسع الملحوظ للكون وتنبؤات النموذج القياسي يشير إلى أن فهمنا للكون قد يكون غير مكتمل”. “مع تأكيد اثنين من التلسكوبات الرائدة التابعة لناسا الآن لنتائج بعضها البعض، يجب علينا أن نأخذ هذا [Hubble tension] المشكلة على محمل الجد – إنها تحدي ولكنها أيضًا فرصة مذهلة لمعرفة المزيد عن كوننا.”
وفي عام 2011، فاز ريس بجائزة نوبل في الفيزياء لاكتشافه الطاقة المظلمة، وهي قوة غامضة تؤدي إلى تسارع توسع الكون. يعتمد هذا البحث الجديد على هذا العمل الحائز على جائزة نوبل.
ما هو توتر هابل؟
نظرًا لأن توسع الكون يحدث على مقاييس كبيرة جدًا، فإن توتر هابل ليس شيئًا يؤثر علينا في حياتنا اليومية أو حتى على مقاييس النظام الشمسي أو حتى درب التبانة.
يصبح هذا التناقض مشكلة حقيقية عند النظر في المسافات بين المجرات والبنية الأكبر للكون. وهذا يعني أن علماء الكونيات لا يستطيعون فهم تطور الكون حتى يعرفوا سبب توتر هابل.
ينشأ توتر هابل من حقيقة وجود طريقتين لحساب ثابت هابل.
يمكن للعلماء استخدام أشياء مثل المسافات إلى المستعرات الأعظم من النوع Ia أو النجوم المتغيرة، والتي يسمونها “الشموع القياسية”، لقياس المسافات من الأرض إلى المجرات التي تستضيفها ومن ثم تحديد مدى سرعة تحرك هذه المجرات بعيدًا.
يمكنهم أيضًا استخدام نماذجنا للتطور الكوني “لدفع” الكون للأمام وحساب ثابت هابل ينبغي أن يكون اليوم.
ومع ذلك، عندما يتم أخذ قياسات ثابت هابل في الكون المحلي، فهي أعلى من القيمة المتوقعة من خلال العمل للأمام باستخدام أفضل نموذج لدينا للتطور الكوني، وهو نموذج لامبدا للمادة المظلمة الباردة (LCDM)، المعروف أيضًا باسم النموذج القياسي. نموذج علم الكونيات.
رسم تخطيطي يوضح تطور الكون وفقا لنموذج المادة المظلمة الباردة السائد. قد تؤدي ملاحظات El Gordo إلى التشكيك في هذا النموذج
تعطي الطريقة المعتمدة على LCDM قيمة لثابت هابل تبلغ حوالي 152000 ميل في الساعة لكل ميجابارسيك (68 كيلومترًا في الثانية لكل ميجابارسيك، أو Mpc)، بينما تعطي القياسات المستندة إلى ملاحظات التلسكوب بانتظام قيمة أعلى تتراوح بين 157000 ميل في الساعة لكل ميجابارسيك إلى 170.000 ميل في الساعة لكل Mpc (70 إلى 76 كم/ثانية/Mpc).
إن Mpc يعادل 3.26 سنة ضوئية أو 5.8 تريليون ميل (9.4 تريليون كيلومتر)، لذلك يعد هذا تناقضًا كبيرًا، ويخشى العلماء أن يكون كبيرًا جدًا بحيث لا يمكن تفسيره من خلال عدم اليقين في الملاحظات.
يبدو أنهم كانوا على حق!
كان هابل على حق!
لتأكيد النتائج التي توصل إليها هابل، لجأ ريس وزملاؤه إلى أكبر عينة من البيانات التي جمعها تلسكوب جيمس ويب الفضائي خلال أول عامين من عملياته، والتي جاءت من مشروعين مختلفين.
لقياس ثابت هابل، استخدموا ثلاث طرق مستقلة لتحديد المسافة إلى المجرات الأخرى. أولاً، استخدموا ما يسمى بـ “المتغيرات القيفاوية”، وهي النجوم النابضة التي تعتبر المعيار الذهبي لقياس المسافات الكونية. ثم قام الفريق بالتحقق من ذلك من خلال قياسات تعتمد على النجوم الغنية بالكربون وألمع العمالقة الحمراء عبر نفس المجرات.
ركز الفريق بشكل خاص على المسافات المجرية التي تم قياسها بواسطة هابل.
غطى بحث الفريق مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي حوالي ثلث العينة الكاملة للمجرات التي شاهدها هابل باستخدام المجرة ميسييه 106 (M106)، المعروفة أيضًا باسم NGC 4258 وتقع على بعد حوالي 23 مليون سنة ضوئية في كوكبة قصب فيناتيسياس. نقطة مرجعية.
قسم من الفضاء يبدو متربًا به خطوط برتقالية وحمراء تتركز حول مركز متوهج باللون الأخضر.
لم يساعدهم هذا في إنتاج القياسات المحلية الأكثر دقة لثابت هابل حتى الآن فحسب، بل ساعدهم أيضًا في التحقق بشكل مستقل من دقة قياسات المسافة التي أجراها هابل.
أنتجت المجرات التي رصدها تلسكوب جيمس ويب الفضائي ثابت هابل يبلغ حوالي 162,400 ميل في الساعة لكل Mpc (72.6 كم/ث/Mpc)، وهو ما يطابق تقريبًا قيمة 162849 ميل في الساعة لكل Mpc (72.8 كم/ث/Mpc) التي وجدها هابل لنفس المجرات. .
وهذا يلغي احتمال أن يكون توتر هابل مجرد قطعة أثرية ناشئة عن تحيز كبير في قياسات التلسكوب الفضائي طويل الأمد.
وقال سيانج لي، عضو الفريق وطالب الدراسات العليا بجامعة جونز هوبكنز: “إن بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي تشبه النظر إلى الكون بدقة عالية لأول مرة، وتحسن بالفعل الإشارة إلى الضوضاء في القياسات”.
قصص ذات صلة:
– تلسكوب جيمس ويب الفضائي يتجسس على سلوك النجوم الذي لم يسبق له مثيل في السديم البعيد (فيديو، صورة)
– البطريق المجري يكرم الذكرى الثانية للصور الأولى التي التقطها تلسكوب جيمس ويب الفضائي
– يقوم تلسكوب جيمس ويب الفضائي بتصوير أبرد هدف له على الإطلاق من الكواكب الخارجية حتى الآن
وبطبيعة الحال، هذا يعني أنه لا تزال هناك مشكلة توتر هابل التي تحتاج إلى معالجة. لأن توسع الكون يتم على مقاييس كبيرة جداً
يعتقد عالم الكونيات بجامعة جونز هوبكنز، مارك كاميونكوفسكي، الذي لم يشارك في هذه الدراسة، أن حل توتر هابل يتطلب عنصرًا جديدًا في نماذجنا للكون. لديه فكرة عما قد يكون عليه هذا العنصر.
وقال كاميونكوفسكي: “أحد التفسيرات المحتملة لتوتر هابل هو ما إذا كان هناك شيء مفقود في فهمنا للكون المبكر، مثل مكون جديد للمادة – الطاقة المظلمة المبكرة – التي أعطت الكون دفعة غير متوقعة بعد الانفجار الكبير”. في البيان. “وهناك أفكار أخرى، مثل خصائص المادة المظلمة المضحكة، أو الجسيمات الغريبة، أو كتلة الإلكترون المتغيرة، أو المجالات المغناطيسية البدائية التي قد تفي بالغرض.
“المنظرون لديهم رخصة للإبداع.”
نُشر بحث الفريق يوم الاثنين (9 ديسمبر) في مجلة الفيزياء الفلكية.