عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، التقط علماء الفلك صورة مذهلة لمستعر أعظم بعيد في مجرة تبدو وكأنها ممتدة مثل حلوى دافئة.
ومع ذلك، فإن اللطاخة الذهبية التي تخفي هذا المستعر الأعظم الذي تتأثر عدسة الجاذبية به، والذي أطلق عليه اسم “المستعر الأعظم الأمل”، ليست فقط رائعة بسبب قيمتها الجمالية. يخبرنا المستعر الأعظم، الذي انفجر عندما كان عمر الكون البالغ 13.8 مليار سنة، حوالي 3.5 مليار سنة، شيئًا عن مشكلة ضخمة في علم الكون تسمى “توتر هابل”.
يأتي توتر هابل من حقيقة أن العلماء لا يستطيعون الاتفاق على المعدل الدقيق لتوسع الكون، الذي يمليه ثابت هابل. في الأساس، يمكن قياس المعدل بدءًا من الكون المحلي (وبالتالي الحديث)، ثم العودة بالزمن إلى أبعد من ذلك – أو يمكن حسابه بدءًا من الكون البعيد (وبالتالي المبكر)، ثم المضي قدمًا. المشكلة هي أن كلا الطريقتين تقدمان قيمًا لا تتفق مع بعضها البعض. هذا هو المكان الذي يأتي فيه تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST).
يمكن أن توفر المستعرات الأعظمية ذات العدسات الجاذبية في الكون المبكر، والتي يرصدها تلسكوب جيمس ويب الفضائي، طريقة ثالثة لقياس المعدل، مما قد يساعد في حل “مشكلة هابل” هذه.
وقالت بريندا فراي، رئيسة فريق الدراسة والباحثة في جامعة أريزونا، في بيان لوكالة ناسا: “أطلق على المستعر الأعظم اسم “المستعر الأعظم الأمل” لأنه يمنح علماء الفلك الأمل في فهم أفضل لمعدل توسع الكون المتغير”.
بدأ هذا البحث عن مستعر أعظم الأمل عندما عثرت فراي وفريقها العالمي من العلماء على ثلاث نقاط ضوئية غريبة في صورة تلسكوب جيمس ويب الفضائي لمجموعة مجرات بعيدة ومكتظة بالسكان. لم تكن نقاط الضوء هذه في الصورة مرئية عندما قام تلسكوب هابل الفضائي بتصوير نفس العنقود، المعروف باسم PLCK G165.7+67.0 أو ببساطة G165، في عام 2015.
متعلق ب: الفيزياء الغريبة عند حواف الثقوب السوداء قد تساعد في حل “مشكلة هابل” العالقة
قال فراي: “بدأ الأمر كله بسؤال واحد من الفريق: ما هي تلك النقاط الثلاث التي لم تكن موجودة من قبل؟ هل يمكن أن يكون ذلك مستعرًا أعظم؟” “أكدت التحليلات الأولية أن هذه النقاط تتوافق مع نجم منفجر، ذو صفات نادرة.”
تم اختيار المساحة المحيطة بـ G165 لبرنامج PEARLS لأنها تقع في خضم “الانفجار النجمي”، وهي فترة تكوين النجوم المكثفة، وتوليد 300 كتلة شمسية من النجوم سنويًا. ترتبط معدلات تكوين النجوم المرتفعة هذه بحالات أعلى من انفجارات المستعرات الأعظم.
Supernova Hope هو نوع محدد من المستعرات الأعظم يسمى المستعر الأعظم من النوع Ia. تحدث هذه المستعرات الأعظم في ثنائيات تحتوي على نجم التسلسل الرئيسي، مثل الشمس، ونجم استنفد وقوده للاندماج النووي وأصبح قشرة ميتة، تسمى القزم الأبيض.
إذا كانت هذه الأجسام النجمية قريبة بدرجة كافية، فيمكن للنجم الميت أن يتصرف كمصاص دماء كوني، حيث يسحب البلازما من النجم الحي أو “المانح”. ومع استمرار ذلك، تتراكم المادة حتى تؤدي إلى انفجار نووي حراري، وهي انفجارات نراها على أنها مستعرات عظمى من النوع Ia. نظرًا لمدى انتظام ومضات الضوء الخاصة بها، تعد هذه المستعرات الأعظم أداة ممتازة يمكن لعلماء الفلك استخدامها لقياس المسافات الكونية. لذلك، يشير علماء الفلك إلى المستعرات الأعظم من النوع Ia باسم “الشموع القياسية”.
إحدى الطرق للحصول على قيمة ثابت هابل هي النظر إلى المستعرات الأعظم من النوع Ia في الكون المحلي لقياس المسافات التي تفصلها عنا وعن بعضها البعض، ثم قياس مدى سرعة تراجعها. تتضمن التقنية الرئيسية الأخرى لقياس توسع الكون أخذ ملاحظات عن الكون البعيد، ثم حساب مدى سرعة توسع الكون من خلال الاستدلال.
ولكن، مرة أخرى، هذه الأساليب ليست متفقة. ومع ذلك، يمكن أن يكون Supernova Hope بمثابة جسر بين التقنيتين.
أينشتاين يمد يده
عدسة الجاذبية هي تأثير تنبأ به ألبرت أينشتاين في نظرية الجاذبية الرائعة، والتي تم وضعها في عام 1915 وتسمى “النسبية العامة”.
تشير النسبية العامة إلى أن الأجسام ذات الكتلة تسبب تشويه الزمكان، والتوحيد رباعي الأبعاد للمكان والزمان، مع نشوء الجاذبية من هذا الانحناء. كلما زادت كتلة الجسم، زاد اعوجاج الفضاء، وبالتالي زاد تأثير الجاذبية لهذا الجسم. وهذا ما يجعل الأقمار تدور حول الكواكب، والكواكب تدور حول النجوم، والنجوم تدور حول الثقوب السوداء الهائلة.
هذا التواء الزمكان له تأثير آخر مثير للاهتمام أيضًا. عندما يمر الضوء بجسم له تأثير اعوجاج قوي، وهو جسم سنسميه الآن “عدسة الجاذبية”، ينحني مسار الضوء حول اعوجاج الجسم. يعتمد المسار الذي يسلكه الضوء على مدى قربه من عدسة الجاذبية.
وهذا يعني أن الضوء الصادر من نفس الجسم يمكن أن يتخذ مسارات منحنية بدرجات مختلفة وبأطوال مختلفة. لذلك، يمكن أن يصل هذا الضوء إلى التلسكوبات مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي في أوقات مختلفة. هذه هي الطريقة التي يمكن أن يبدو بها كائن الخلفية ذو العدسة “ملطخًا” مثل حلوى الحلوى أو يظهر في أماكن متعددة في نفس الصورة.
هذا ما يحدث لمستعر أعظم الأمل في هذه الصورة عندما يمر ضوءه عبر عدسة الجاذبية G165.
وقال فراي: “إن عدسة الجاذبية مهمة لهذه التجربة. فالعدسة، التي تتكون من مجموعة من المجرات التي تقع بين المستعر الأعظم وبيننا، تعمل على ثني ضوء المستعر الأعظم إلى صور متعددة”. “هذا مشابه لكيفية عرض مرآة الزينة ثلاثية الطيات ثلاث صور مختلفة لشخص يجلس أمامها.”
وأوضح الباحث في جامعة أريزونا أن التأثير ظهر مباشرة أمام أعين الفريق في صورة G165 JWST، حيث بدت صورة المستعر الأعظم الأوسط مقلوبة بالنسبة للصورتين الأخريين.
وتابع فراي: “للحصول على ثلاث صور، سافر الضوء عبر ثلاثة مسارات مختلفة. وبما أن كل مسار له طول مختلف، والضوء يتحرك بنفس السرعة، فقد تم تصوير المستعر الأعظم في ملاحظة JWST هذه في ثلاث أوقات مختلفة أثناء انفجاره”. “في تشبيه المرآة ثلاثية الطيات، حدث تأخير زمني حيث صورت المرآة اليمنى شخصًا يرفع مشطًا، وأظهرت المرآة اليسرى الشعر أثناء تمشيطه، وأظهرت المرآة الوسطى الشخص وهو يضع المشط.
“إن صور المستعر الأعظم ثلاثي الطيات مميزة. فالتأخير الزمني، ومسافة المستعر الأعظم، وخصائص عدسة الجاذبية تعطي قيمة لثابت هابل.”
تابع الفريق مستعر الأعظم هوب باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي بالإضافة إلى بعض الأدوات الأرضية، بما في ذلك تلسكوب MMT الذي يبلغ قطره 6.5 متر على جبل هوبكنز والتلسكوب الكبير ثنائي العينين على جبل جراهام، وكلاهما يقع في أريزونا.
قاد هذا الفريق إلى تأكيد أن المستعر الأعظم “الأمل” يرتكز على مجرة خلفية خلف العنقود العدساتي G165. يسافر الضوء الناتج عن الانفجار الكوني إلى الأرض منذ 10.3 مليار سنة، مما يعني أن هذا القزم الأبيض قد فجر قمته بعد 3.5 مليار سنة فقط من الانفجار الكبير.
قال فراي: “قام عضو آخر في الفريق بقياس تأخير زمني آخر من خلال تحليل تطور ضوءه المشتت إلى الألوان المكونة له أو “الطيف” من تلسكوب جيمس ويب الفضائي، مما يؤكد طبيعة النوع Ia لمستعر أعظم الأمل”. “المستعر الأعظم الأمل هو واحد من أبعد المستعرات الأعظم من النوع Ia التي تم رصدها حتى الآن.”
قصص ذات صلة:
– تم اكتشاف مادة مظلمة تتدلى من الشبكة الكونية للمرة الأولى
– تشير “حلقة أينشتاين” الغريبة إلى أن المادة المظلمة الغامضة تتفاعل مع نفسها
– قد تكون الثقوب السوداء الصغيرة التي خلفها الانفجار الكبير هي المشتبه بهم الرئيسيين في المادة المظلمة
على الرغم من وجوده في الكون المبكر، يبدو أن قيمة ثابت هابل التي تم الحصول عليها من خلال ملاحظات مستعر أعظم الأمل تتوافق مع قياسات الشموع القياسية الأخرى في الكون المحلي، وبالتالي فهي تختلف مع قياسات الأجسام الأخرى في الكون المبكر.
واختتم فراي قائلاً: “نتائج فريقنا مؤثرة”. “إن قيمة ثابت هابل تتطابق مع قياسات أخرى في الكون المحلي وتتعارض إلى حد ما مع القيم التي تم الحصول عليها عندما كان الكون فتيًا. وستعمل ملاحظات JWST في الدورة الثالثة على تحسين حالات عدم اليقين، مما يسمح بقيود أكثر حساسية على ثابت هابل.”
إن بحث الفريق يخضع لمراجعة النظراء قبل النشر.