عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
يوضح الرسم التوضيحي توسع الكون أثناء الفجر الكوني، وعلى جانبه الآخر يتطور الكون المظلم الذي تهيمن عليه الفوتونات المظلمة والمادة المظلمة. | الائتمان: روبرت ليا تم إنشاؤه بواسطة Canva
تم نشر هذه المقالة أصلا في المحادثة. ساهم المنشور بالمقال في موقع Space.com أصوات الخبراء: افتتاحية ورؤى.
شكل الكون ليس شيئًا نفكر فيه غالبًا. لكن أنا وزملائي قمنا بنشر دراسة جديدة تشير إلى أنها قد تكون غير متماثلة أو غير متوازنة، مما يعني أنها ليست متماثلة في كل الاتجاهات.
هل يجب أن نهتم بهذا؟ حسنًا، “النموذج الكوني القياسي” اليوم – والذي يصف ديناميكيات وبنية الكون بأكمله الكون – يعتمد بشكل مباشر على افتراض أنه متناحٍ (يبدو متماثلًا في جميع الاتجاهات)، ومتجانسًا عند حساب متوسطه على نطاقات واسعة.
لكن العديد مما يسمى “التوترات” – أو الخلافات في البيانات – تشكل تحديات لفكرة الكون الموحد.
لدينا فقط نشرت ورقة بالنظر إلى واحدة من أهم هذه التوترات، والتي تسمى الشذوذ ثنائي القطب الكوني. نستنتج أن الشذوذ ثنائي القطب الكوني يشكل تحديًا خطيرًا للوصف الأكثر قبولًا على نطاق واسع للكون، وهو النموذج الكوني القياسي (المعروف أيضًا باسم النموذج الكوني القياسي). نموذج لامدا-CDM).
إذن ما هو الشذوذ ثنائي القطب الكوني ولماذا يمثل مشكلة بالنسبة لمحاولات تقديم وصف تفصيلي للكون؟
لنبدأ مع الخلفية الكونية الميكروية (CMB)، وهو بقايا الإشعاع المتبقية من .الانفجار العظيم. إن الإشعاع CMB منتظم فوق السماء حتى جزء واحد من مائة ألف.
لذا فإن علماء الكونيات يشعرون بالثقة في نمذجة الكون باستخدام الوصف “أقصى قدر من التماثل” للزمكان في نظرية أينشتاين عن الكون. النسبية العامة. تُعرف هذه الرؤية المتماثلة للكون، حيث يبدو متماثلًا في كل مكان وفي جميع الاتجاهات، باسم “وصف FLRW”.
وهذا يبسط إلى حد كبير حل معادلات أينشتاين وهو الأساس لنموذج Lambda-CDM.
ولكن هناك العديد من الحالات الشاذة الهامة، بما في ذلك تلك التي نوقشت على نطاق واسع والتي تسمى توتر هابل. سميت باسم إدوين هابل, الذي كان له الفضل في اكتشافه عام 1929 أن الكون يتوسع.
بدأ التوتر في الظهور من مجموعات البيانات المختلفة في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، وخاصة من العالم تلسكوب هابل الفضائي, وكذلك البيانات الحديثة من القمر الصناعي جايا. هذا التوتر هو خلاف كوني، حيث لا تتطابق قياسات معدل توسع الكون منذ أيامه الأولى مع قياسات الكون القريب (الأحدث).
لقد حظي شذوذ ثنائي القطب الكوني باهتمام أقل بكثير من توتر هابل، لكنه أكثر أهمية لفهمنا للكون. إذن ما هو؟
بعد إثبات أن الخلفية الكونية الميكروية متماثلة على المقاييس الكبيرة، تم العثور على اختلافات في هذا الإشعاع المتبقي من الانفجار الأعظم. واحدة من أهمها تسمى تباين ثنائي القطب CMB. وهذا هو أكبر فرق في درجة الحرارة في CMB، حيث يكون جانب واحد من السماء أكثر سخونة والجانب الآخر أكثر برودة – بحوالي جزء واحد في الألف.
التقطت خريطة للإشعاع الخلفي المتبقي من الانفجار الكبير عام 2013، والتي التقطتها مركبة بلانك الفضائية التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، أقدم ضوء في الكون. وتساعد هذه المعلومات علماء الفلك على تحديد عمر الكون. | مصدر الصورة: وكالة الفضاء الأوروبية وتعاون بلانك.
هذا الاختلاف في CMB لا يتحدى نموذج Lambda-CDM الخاص بالكون. ولكن يجب أن نجد الاختلافات المقابلة في البيانات الفلكية الأخرى.
في عام 1984، تساءل جورج إليس وجون بالدوين عما إذا كان هناك اختلاف مماثل، أو “تباين ثنائي القطب”، في توزيع السماء للمصادر الفلكية البعيدة مثل المجرات الراديوية و الكوازارات. يجب أن تكون المصادر بعيدة جدًا لأن المصادر القريبة يمكن أن تخلق “ثنائي القطب العنقودي” الزائف.
إذا كان افتراض FLRW “للكون المتماثل” صحيحًا، فيجب تحديد هذا الاختلاف في المصادر الفلكية البعيدة مباشرةً من خلال الاختلاف المرصود في CMB. ويعرف هذا باسم اختبار إليس بالدوينبعد علماء الفلك.
إن الاتساق بين الاختلافات في CMB وفي المادة من شأنه أن يدعم نموذج Lambda-CDM القياسي. سوف يتحدى Discord ذلك بشكل مباشر، بل ويتحدى وصف FLRW. ونظرًا لأنه اختبار دقيق جدًا، فقد أصبح كتالوج البيانات المطلوبة لإجراءه متاحًا فقط مؤخرًا.
والنتيجة هي أن الكون يفشل في اختبار إليس-بالدوين. إن الاختلاف في المادة لا يتطابق مع ذلك الموجود في CMB. وبما أن مصادر الخطأ المحتملة تختلف تمامًا بالنسبة للتلسكوبات والأقمار الصناعية، وبالنسبة للأطوال الموجية المختلفة في الطيف، فمن المطمئن أنه يتم الحصول على نفس النتيجة باستخدام التلسكوبات الراديوية الأرضية والأقمار الصناعية التي تراقب الأطوال الموجية المتوسطة للأشعة تحت الحمراء.
وهكذا، فقد أثبت الشذوذ ثنائي القطب الكوني نفسه باعتباره تحديًا كبيرًا للنموذج الكوني القياسي، حتى لو اختار المجتمع الفلكي تجاهله إلى حد كبير.
قد يكون هذا بسبب عدم وجود طريقة سهلة لإصلاح هذه المشكلة. ولا يتطلب الأمر التخلي عن نموذج Lambda-CDM فحسب، بل يتطلب أيضًا التخلي عن وصف FLRW نفسه، والعودة إلى المربع الأول.
ومع ذلك، فمن المتوقع حدوث سيل كبير من البيانات من الأقمار الصناعية الجديدة مثل إقليدس و SPHEREx، والتلسكوبات مثل مرصد فيرا روبين ومصفوفة الكيلومتر المربع. ومن المتصور أننا قد نتلقى قريبا رؤى جديدة وجريئة حول كيفية بناء نموذج كوني جديد، وتسخير التطورات الحديثة في مجموعة فرعية من الذكاء الاصطناعي (AI) تسمى التعلم الآلي.
وسوف يكون التأثير هائلاً حقاً على الفيزياء الأساسية ــ وعلى فهمنا للكون.