Geekly articles weekly

اسأل إيثان رقم 41: موعد مع جزء بعيد من الكون

يسأل القارئ:
حضرت ذات مرة محادثة حول مستعر أعظم عمره 12 مليار سنة ، وعندما أجبت على السؤال "كيف يعرف عمره؟" ، قلت إن ذلك يرجع إلى سرعة الضوء والوقت الذي تستغرقه في السفر لمسافة معينة. ولكن ماذا لو كنا في جزء آخر من الكون؟ كيف سنعرف بعد ذلك عمر هذا المستعر الأعظم؟ ثم لن يكون مختلفًا؟


بالطبع سرعة الضوء محدودة ، وهذه الحقيقة يمكن أن تخبرنا الكثير عن بعض الأشياء البعيدة في الكون.

الصورة

هنا ألمع نجم في سماء الليل: سيريوس. يقع على مسافة 8.6 سنة ضوئية منا - أي أن الضوء القادم منه في الوقت الحاضر قد انبعث منه قبل 8.6 سنة. وهذا يعني أيضًا أنه إذا كان بإمكان شخص في منطقة سيريوس رؤيتنا ، فسيرى الأرض كما كانت قبل 8.6 عامًا.

ببساطة حدد عمر الضوء من النجم الذي نراه. نقيس المسافة إلى النجم ، ومعرفة سرعة الضوء ، يمكننا حساب الوقت. وينطبق هذا على أي نقطتين في الكون تبقى تقريبًا على مسافة واحدة من بعضهما البعض أثناء مرور الضوء بينهما.

الصورة

يمكنك أيضًا حساب المسافات إلى كائنات مختلفة ، مع معرفة كيفية ترتيبها وعملها. على سبيل المثال ، بعض أنواع النجوم تغير اللمعان بمرور الوقت ، وهناك علاقة وثيقة بين فترات تغير السطوع وسطوعها الملحوظ.

إذا كان بإمكانك قياس مقدار الوقت الذي تستغرقه دورة تغيير لمعان النجم من الساطع إلى الخافت والعكس بالعكس ، ويمكنك تحديد فئة ونوع النجم المعين ، عندها يمكنك معرفة مدى بعده عنا.

الصورة

هذه الطريقة مناسبة لقياس مسافات العناقيد النجمية والمجرات غير البعيدة. بعد ذلك ، تسمح لنا تفاصيل أخرى عن العلاقات المتداخلة لخصائص مختلفة للمجرات (الدوران ، وتقلبات سطوع السطح ، وانتشار السرعة) بحساب المسافات إلى أجسام أبعد من الكون.

الصورة

من بين أمور أخرى ، يمكننا استخدام المستعرات الأعظمية (على وجه الخصوص ، النوع المستعر الأعظم من النوع Ia مع السطوع القياسي) ، لإجراء قياسات دقيقة جدًا للمسافات إلى الأجزاء البعيدة من الكون. حتى لو انفجرت قبل مليارات السنين.

ولكن هناك مشكلة في قياس بسيط للمسافة إلى الأشياء ومحاولة حساب الوقت المنقضي بنفس الطريقة التي استخدمناها ، على سبيل المثال ، في حالة سيريوس. المشكلة هي هذه: معظم الكون لا يبقى على نفس المسافة من الأرض ، حتى تقريبًا. الكون يتوسع!

الصورة

الفضاء نفسه يتوسع - أشياء غير متصلة ببعضها البعض عن طريق الجاذبية ، مع مرور الوقت بعيدًا عن بعضها البعض. هذا ، بالطبع ، يعقد المهمة ، وطوال القرن العشرين تقريبًا ، وضع عقبات خطيرة في تحديد المدى الذي ننظر فيه إلى الماضي. بعد كل شيء ، لا يمكننا أن نأخذ مجرة ​​بعيدة فقط ، ونقيس المسافة إليها ، ونكتشف على الفور:
  • إلى أي مدى كانت بعيدة عنا في اللحظة التي أخرجت فيها الضوء
  • كم تبعد عنا الآن بعد أن وصلنا هذا النور
  • كم من الوقت استغرق الضوء لتغطية هذه المسافة


للقيام بذلك ، تحتاج إلى الحصول على معلومات أكثر من المسافة الحالية البسيطة إلى الكائن.

الصورة

بتعبير أدق ، حقيقتان. أولاً ، تحتاج إلى معرفة التاريخ الكامل لتوسع الكون ، أي سرعة التمدد في اللحظة التي يغادر فيها الضوء الجسم البعيد ، وسرعة التمدد في اللحظة التي نتلقى فيها هذا الضوء ، وسرعة التمدد بين هذين الحدثين.

تبدو معقدة؟ في الواقع ، كل شيء أبسط. نظرية أينشتاين العامة للنسبية ، تتحدث عن الجاذبية ، ببساطة لا تترك لنا العديد من الخيارات. إذا استطعنا قياس معدل التمدد الحالي (ما تمكنا من فعله منذ عشرينيات القرن الماضي) ، ويمكننا حساب محتوى الطاقة الحالي للكون ، يمكننا حساب التاريخ الكامل لتوسع الكون من الانفجار العظيم.

الصورة

والحقيقة الثانية؟ نحن بحاجة إلى قياس درجة الانزياح الأحمر للضوء الذي وصلنا من الجسم. مع توسع بنية الكون ، تتمدد أطوال موجات الضوء أيضًا ، ويصبح الضوء أكثر احمرارًا. ولكن بما أنه من المعروف أن كل الضوء يخضع لانزياح أحمر ، ونحن نعرف كيف تتصرف الذرات والنجوم والضوء ، يمكننا فقط أخذ القياسات المناسبة ومعرفة كيفية حدوث الانزياح الأحمر للضوء من جسم بعيد.

الصورة

هذا كل ما في الأمر. يمكن قياس المسافة إلى الجسم بطرق مختلفة. يتم حساب المسافة إلى مستعر أعظم من خلال منحنى الضوء ، وكذلك من خلال الانزياح الأحمر (من أجل المستعر الأعظم ، من خلال التحليل الطيفي).

نأخذ هاتين الحقائقين ، ونضيف التاريخ المعروف لتوسع الكون ، ونحصل على مقدار الوقت المنقضي بين انبعاث الفوتون الأولي ووصوله إلى أعيننا.

الصورة

هكذا نكتشف إلى متى حدث هذا أو ذاك الحدث في الكون. بما أننا نعلم أن 13.82 مليار سنة مرت منذ الانفجار العظيم ، يمكننا حساب عمر الكون في تلك اللحظة عندما انبعث الضوء من أي من الأشياء التي تهمنا.

Source: https://habr.com/ru/post/ar388705/

More articles:


All Articles