لقد وضع مسح لأكثر من 1500 مستعر أعظم أجرته كاميرا الطاقة المظلمة قيودًا قوية على التوسع المتسارع للكون.
وتشير النتائج إلى أن القوة الغامضة التي تحرك هذا التسارع الكوني، وهي الطاقة المظلمة، قد تتغير مع مرور الوقت، وتتفاوت في كثافتها، وهو ما يدعو إلى التشكيك في النموذج القياسي لعلم الكونيات.
متعلق ب: تظل الطاقة المظلمة لغزًا بينما تجتاز نظرية الجاذبية لأينشتاين اختبارًا آخر
تم تسليم النتائج من خلال أكبر عينة من المستعرات الأعظم تم حصادها على الإطلاق بواسطة أداة واحدة كجزء من مسح الطاقة المظلمة. لقد كانت المستعرات الأعظم جزءًا لا يتجزأ من الاكتشاف الذي تم في أواخر التسعينيات من القرن العشرين، وهو أن الكون لا يتوسع فحسب، بل إنه يفعل ذلك أيضًا بمعدل متسارع.
وكانت تلك مفاجأة كبيرة للفيزيائيين، الذين توقعوا حدوث ذلك بعد التضخم الأولي السريع للكون أثناء الانفجار الكبير. كان من المفترض أن يتباطأ التوسع الكوني، لكنه يتسارع.
تم اقتراح الطاقة المظلمة كعنصر نائب لأي جانب غير معروف من الكون يسبب هذا التسارع الكوني الغامض والمثير للقلق، لكن العلماء لا يستطيعون تحديد ماهيته على وجه اليقين. وتتفاقم هذه المشكلة بحقيقة أنه يُعتقد الآن أن الطاقة المظلمة تمثل 65% إلى 70% من إجمالي الطاقة والمادة في الكون.
يُظهر مسح الطاقة المظلمة الذي أجرته كاميرا الطاقة المظلمة المثبتة على تلسكوب Víctor M. Blanco الذي يبلغ قطره 4 أمتار في مرصد سيرو تولولو للبلدان الأمريكية في شمال تشيلي، أن عمليات رصد المستعرات الأعظم تظل جزءًا لا يتجزأ من حل اللغز الذي أثارته مثل هذه التحقيقات قبل 25 عامًا.
تم تقديم نتائج مسح الطاقة المظلمة الجديدة في الاجتماع 243 للجمعية الفلكية الأمريكية في 8 يناير 2024، وأضاف الفريق الذي يقف وراءها أنها تتفق مع النموذج القياسي لعلم الكونيات، أو ما يسمى بـ “المادة المظلمة الباردة لامبدا”. نموذج (ΛCDM)، الذي يتميز بالكون مع التوسع المتسارع.
وتضع هذه أكثر القيود صرامة على تاريخ التوسع طوال تاريخ الكون الممتد لـ 13.8 مليار سنة، ولكنها أيضًا تترك مجالًا للتنفس أمام نماذج أكثر تعقيدًا للكون.
دراسة الطاقة المظلمة باستخدام الشموع القياسية
ولجمع هذه البيانات، قامت كاميرا الطاقة المظلمة التي تبلغ دقتها 570 ميجابكسل والتي صنعها فيرميلاب بمراقبة السماء فوق الأرض لمدة 758 ليلة، ومراقبة 2 مليون مجرة بعيدة. وضمن هذه، رصدت الكاميرا القوية آلاف المستعرات الأعظم.
ومن بين هذه العينة، تمكن التعلم الآلي من تحديد أن 1499 منها كانت نوعًا خاصًا من الانفجارات النجمية تسمى المستعر الأعظم من النوع Ia. تحدث هذه عندما تكون النجوم الميتة التي تسمى الأقزام البيضاء، والتي استنفدت الهيدروجين لفترة طويلة لدفع الاندماج النووي والتحويل إلى الهيليوم في قلوبها، موجودة في نظام ثنائي مع نجم آخر.
تقوم الأقزام البيضاء بسحب المواد من النجم المرافق لها أو “المانح”، ومع تراكم هذه المادة على النجم الميت، فإنها يمكن أن تدفع القزم الأبيض إلى ما هو أبعد من ما يسمى بحد شاندراسيخار. هذا هو حد الكتلة الذي يحتاجه النجم ليتحول إلى مستعر أعظم.
هذه المستعرات الأعظمية من النوع Ia موحدة جدًا لدرجة أن العلماء يشيرون إليها باسم “الشموع القياسية”، ويمكن استخدام ضوءها لقياس مسافات شاسعة عبر الكون.
بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن الطول الموجي للضوء من الأجسام البعيدة يمتد نحو الطرف الأحمر من الطيف الكهرومغناطيسي، وهي عملية تسمى “الانزياح الأحمر”، أثناء تحركها بعيدًا عن الأرض، يمكن استخدام خرج الضوء الموحد للشموع القياسية على مسافات مختلفة لقياس توسع الكون.
إن مقارنة الانزياح نحو الأحمر للمستعرات الأعظم من النوع Ia الأقرب إلى الانزياح نحو الأحمر في انفجارات الأقزام البيضاء الأبعد، وبالتالي الأقدم، يمكن أن يعطي لمحة عن قوة هذا التوسع وبالتالي كثافة المادة المظلمة في الفترات المقابلة في التاريخ الكوني.
نتائج مسح الطاقة المظلمة الجديدة تضاعف ثلاثة أضعاف العدد المعروف للمستعرات الأعظم عند انزياح أحمر يبلغ حوالي 0.2، وهو ما يتوافق مع مسافة حوالي 2.5 مليار سنة ضوئية. إنها تضاعف العدد المعروف من الشموع القياسية بخمسة أضعاف مع انزياح نحو الأحمر يبلغ حوالي 0.5، والذي يرتبط بمسافة تبلغ حوالي 6 مليارات سنة ضوئية.
وقالت تامارا ديفيس، عضو مجموعة عمل مسح الطاقة المظلمة والأستاذة بجامعة كوينزلاند، في بيان: “إنها زيادة هائلة حقًا منذ 25 عامًا عندما تم استخدام 52 مستعرًا أعظمًا فقط لاستنتاج الطاقة المظلمة”.
لم تكن الطاقة المظلمة دائمًا كثيفة جدًا
مع حجم عينة أكبر من المستعرات الأعظم من النوع Ia عبر هذا العرض من المسافات الكونية، يمكن للفريق تتبع سجل التوسع الكوني عند الجمع بين مسافات هذه الانفجارات والسرعة التي تنحسر بها عن الأرض.
كان هذا بمثابة مؤشر على ما إذا كانت كثافة الطاقة المظلمة ظلت مستقرة، وهو ما يبدو أنه ليس كذلك.
وقال ريتش كرون، مدير مسح الطاقة المظلمة والمتحدث الرسمي باسمه، في نفس البيان: “مع توسع الكون، تنخفض كثافة المادة”. “ولكن إذا كانت كثافة الطاقة المظلمة ثابتة، فهذا يعني أن النسبة الإجمالية للطاقة المظلمة يجب أن تتزايد مع زيادة الحجم.”
قد يكون هذا تحديًا لنموذج ΛCDM للكون، وهو نموذج رياضي يصف كيفية تطور الكون مع عدد قليل من السمات الرئيسية مثل كثافة المادة، ونوع المادة، وسلوك الطاقة المظلمة.
وذلك لأن ΛCDM يفترض أن كثافة الطاقة المظلمة ثابتة ولا تخفف مع توسع الكون، وهو الأمر الذي تشير إليه نتائج مسح المستعرات الأعظم قد لا يكون صحيحًا.
وأضاف ديفيس: “هناك تلميحات محيرة بأن الطاقة المظلمة تتغير مع مرور الوقت. لقد وجدنا أن أبسط نموذج للطاقة المظلمة – ΛCDM – ليس هو الأفضل”. “لم نستبعد ذلك كثيرًا، ولكن في سعينا لفهم ما يسرع توسع الكون، يعد هذا جزءًا جديدًا مثيرًا للاهتمام من اللغز. قد تكون هناك حاجة إلى تفسير أكثر تعقيدًا.”
قد يتعين على الإجابات على هذا اللغز الانتظار حتى يبدأ الجيل التالي من مسوحات المستعرات الأعظم ويتم التقاطها من مسح الطاقة المظلمة.
قصص ذات الصلة:
– ربما اكتشف علماء الفلك أقرب الثقوب السوداء إلى الأرض
– ما هي الطاقة المظلمة؟
– قد تكون الثقوب السوداء مصدر الطاقة المظلمة الغامضة
وقال نايجل شارب، مدير برنامج قسم العلوم الفلكية بالمؤسسة الوطنية للعلوم، في نفس البيان: “تظهر هذه النتيجة بوضوح قيمة مشاريع المسح الفلكي التي تستمر في إنتاج علوم ممتازة بعد فترة طويلة من انتهاء جمع البيانات”.
“نحن بحاجة إلى العديد من الأساليب المتنوعة التي يمكننا الحصول عليها من أجل فهم ما هي الطاقة المظلمة وما ليست كذلك. وهذا طريق مهم لهذا الفهم.”
تم تقديم نتائج مسح الطاقة المظلمة إلى مجلة الفيزياء الفلكية.