🤱🏽 🎐 🔌 اسأل إيثان رقم 83: ماذا لو كانت الطاقة المظلمة ليست حقيقية؟ ⬇️ ⛄️ 🔈

إذا لم تكن "الشموع القياسية" لدينا قياسية جدًا ، فهل ستكون هناك طاقة مظلمة؟

البعض: "العالم سينتهي بالنار!"
- "لا ، سوف يدمر الجليد!"
إذا كان الشغف معروفًا لي ،
أفضل أن أحترق في حريق.
ولكن إذا كان الموت ينتظر مرتين ،
فكم هو هشاشة العالم ، أستطيع أن أفهم ،
معرفة الكراهية الجليدية:
لكسر العالم
وسوف ينخفض الجليد.
- روبرت فروست

من وقت لآخر ، تحدث الاكتشافات المذهلة في العلوم التي تغير إلى الأبد فهمنا للكون. في أواخر التسعينيات ، أظهرت ملاحظات المستعرات الأعظمية البعيدة بوضوح أن الكون لا يتوسع فحسب ، بل أن المجرات البعيدة تزيد من سرعة الفرار منا. أخبرنا هذا الاكتشاف ، الذي حصل على جائزة نوبل ، عن مصير عالمنا. لكن من بين أسئلتك هذا الأسبوع ، هناك سؤال من خوان كارلوس ، الذي ذكر دراسة جديدة وطرح سؤالًا عنها:

قرأت مقالة عن Eurekalert هنا واعتقدت أنك بحاجة لقراءتها أيضًا. لا استطيع الانتظار لتعليقاتكم عنها.

تمت كتابة المقالة في بيان صحفي من جامعة أريزونا - لقد كنت هناك شهادة ما بعد الدكتوراه قبل بضع سنوات فقط. تقول ما يلي:

وجد فريق الجامعة أن نوع المستعرات الأعظمية المستخدم عادة لقياس المسافات في الكون مقسم إلى فئات لم تكن معروفة من قبل.

من المحتمل أن يكون هذا عاملاً خطيرًا جدًا يؤثر على فهمنا للكون ومصيره. دعونا نعود إلى 100 عام ، إلى الدرس الذي تعلمناه ، ثم نعود اليوم لنرى السبب.

في عام 1923 ، درس إدوين هابل "السدم اللولبي الغامض" الغامض في السماء ، ودرس السوبرنوفا التي تظهر فيها وحاول إضافة جوهر هذه الأشياء إلى خزينة معرفتنا. جادل البعض بأن هذه كانت أجنة النجوم في درب التبانة ، يعتقد البعض الآخر أنها "أكوان جزيرة" ، على بعد ملايين السنين الضوئية من مجرتنا ، والتي تتكون من مليارات النجوم.

مشاهدة سديم كبير في أندروميدا في 6 أكتوبر من ذلك العام ، رأى انفجار نجم جديد ، ثم ثاني ، ثم ثالث. ثم حدث شيء غير مسبوق: ظهر الرابع الجديد مكانه تمامًا.

تحدث انفجارات النجوم الجديدة في بعض الأحيان بشكل متكرر ، ولكن لهذا تتطلب عادةً مئات وآلاف السنين ، لأن هذا يحدث عندما يتراكم الوقود على سطح نجم منهار بكمية كافية للإشعال. من بين جميع النجوم الجديدة التي اكتشفناها ، حتى أسرع عملية إعادة إشعال للنجوم تستغرق سنوات عديدة. كانت فكرة إعادة جديدة لعدة ساعات سخيفة.

ولكن كان هناك شيء معروف لنا يمكن أن يتحول من مشرق إلى خافت ويعود في غضون بضع ساعات: نجم متغير! (لذلك ، قام بحذف الحرف "N" ، مشيرًا إلى حرف جديد ، وكتب "VAR" - متغير).

علمنا العمل المذهل لـ Henrietta Swan Leavitt أن بعض النجوم في الكون - Cepheids ، النجوم المتغيرة النابضة - تنتقل من مشرق إلى خافت مع فترة معينة ، وهذه الفترة مرتبطة بشكل لا ينفصم مع سطوعها الحقيقي. هذا مهم لأنه إذا قمت بقياس الفترة (التي يسهل القيام بها) ، فستعرف السطوع الحقيقي للنجم. وبما أنه يمكنك بسهولة قياس السطوع المرئي ، فسوف تتعرف على الفور على المسافة إلى الكائن ، نظرًا لأن نسبة السطوع إلى النطاق معروفة منذ مئات السنين!

استخدم هابل هذه المعلومات حول النجوم المتغيرة وحقيقة أنه يمكننا العثور عليها في هذه السدم اللولبية (المعروفة اليوم باسم المجرات) لقياس بعدها إلينا. وقارن الانزياح الأحمر المعروف مع المسافات واشتق قانون هابل ومعدل توسع الكون.

رائع ، هاه؟ لكننا ، للأسف ، غالبًا ما نقدم هذا الاكتشاف في ضوء مواتٍ للغاية: كانت استنتاجات هابل حول سرعة توسع الكون خاطئة!

كانت المشكلة أن المتغيرات Cepheid المقاسة بواسطة هابل في هذه المجرات كانت مختلفة عن Cepheids المقاسة بواسطة Henrietta Leavitt. اتضح أن سيفيد ينقسم إلى فئتين ، لم يعرفهما هابل. وعلى الرغم من نجاح قانون هابل ، كانت تقديراته الأولية للمسافات صغيرة جدًا ، وبالتالي كانت افتراضاته حول سرعة توسع الكون كبيرة جدًا. مع مرور الوقت ، قمنا بتصحيحها ، وعلى الرغم من أن الاستنتاجات العامة - بأن الكون يتوسع ، وأن السدم اللولبية هي مجرات بعيدة عن مجرتنا - لم تتغير ، فقد تغيرت تفاصيل التوسع بالتأكيد!

إلى الأمام بسرعة اليوم.

تلمع المستعرات الأعظمية أكثر سطوعًا من Cepheid ، ويمكنها غالبًا تجاوز السطوع - وإن كان لفترة قصيرة - مجرتهم بأكملها! بدلاً من ملايين السنين الضوئية ، يمكن رؤيتها ، في ظل ظروف مواتية ، على مسافات تزيد عن عشرة مليارات سنة ضوئية ، مما يسمح لنا بالنظر أبعد وأبعد في الكون. بالإضافة إلى ذلك ، يتم الحصول على نوع خاص من المستعر الأعظم ، Ia ، من تفاعل تخليقي خارج عن السيطرة داخل الأقزام البيضاء.

عندما تحدث مثل هذه التفاعلات ، يتم تدمير النجم بأكمله ، ولكن ما هو مهم ، منحنى ضوء المستعر الأعظم ، أي كيف يصبح أكثر إشراقًا ثم يصبح باهتًا ، معروفًا جيدًا وله خصائص عالمية.

بحلول نهاية التسعينات ، تم جمع بيانات كافية عن المستعرات الأعظمية الواقعة على مسافات كبيرة بما فيه الكفاية ، وأعلن فريقان مستقلان - فريق بحث High-z Supernova ومشروع Supernova Cosmology - أن تسارع توسع الكون ينبع من هذه البيانات ، وأن بعض أشكال الطاقة المظلمة تهيمن على الكون.

مثل العديد من الآخرين ، كنت متشككًا ، لأنه إذا لم يتم دراسة المستعرات الأعظمية كما نعتقد ، فسيتعين رفض كل هذه الاستنتاجات.

أولاً ، يمكن أن تظهر المستعرات الأعظمية بطريقتين مختلفتين: من تراكم المادة من نجم مصاحب (L) ومن الاندماج مع قزم أبيض آخر. هل ستؤدي هذه المسارات إلى ظهور مستعرات أعظمية متطابقة؟

ثانيًا ، يمكن أن تظهر هذه المستعرات الأعظمية ، المنتشرة على مسافات شاسعة ، في ظروف مختلفة تمامًا عن تلك القريبة منا. هل صحيح أن منحنيات الضوء التي نراها تتوافق مع منحنيات الضوء على مسافات بعيدة؟

ثالثًا ، من المحتمل أن شيئًا ما حدث لهذا الضوء بينما قام برحلته المذهلة إلى مسافة عملاقة. ألا يوجد بالفعل نوع جديد من الغبار أو نوع من الخصائص التي تخفف الضوء (على سبيل المثال ، تذبذبات المحور الفوتوني)؟

اتضح أن كل هذه القضايا يمكن حلها ورفضها. إنهم ليسوا مشكلة. ولكن في الآونة الأخيرة - نقترب من جوهر قضية خوان كارلوس - وجدنا أن هذه تسمى قد لا تكون "الشموع القياسية" قياسية. تمامًا مثل أنواع السيفيد من أنواع مختلفة ، فإن هذه المستعرات الأعظمية من النوع Ia هي أيضًا من أنواع مختلفة.

تخيل أن لديك صندوقًا من الشموع التي اعتقدت أنها متطابقة: يمكنك أن تضيئها ، وتضعها على مسافات مختلفة ، وعلى الفور ، من خلال قياس السطوع الظاهري ، اكتشف مدى بعدها. يتم استخدام هذه الفكرة في علم الفلك ، وبالتالي هناك حاجة ماسة لنا من النوع Ia supernovae.

تخيل الآن أن لهب هذه الشموع له سطوع مختلف! فجأة ، يتحول البعض إلى أن يكون أكثر إشراقًا أو باهتة قليلاً ؛ لديك نوعان من الشموع ، والأكثر إشراقًا قد تكون أقرب إليك ، والأخرى باهتة أكثر.

هذا ما قد اكتشفناه بين المستعرات الأعظمية: هناك فئتان مختلفتان ، واحدة أكثر سطوعًا قليلاً في النطاق الأزرق / فوق البنفسجي ، والأخرى أكثر سطوعًا باللون الأحمر / الأشعة تحت الحمراء ، وتختلف منحنيات الضوء. قد يعني هذا أنه في الانزياحات الحمراء (مسافات كبيرة) ، تصبح المستعرات الأعظمية نفسها باهتة وليست بعيدة عنا.

وبعبارة أخرى ، يمكن أن يستند استنتاجنا حول تسارع توسع الكون إلى تفسير غير صحيح للبيانات!

إذا قمنا بقياس المسافات إلى هذه المستعرات الأعظمية بشكل غير صحيح ، فربما نكون مخطئين بشأن الطاقة المظلمة! في هذه المناسبة على الأقل ، سنكون قلقين للغاية. لن نكون قلقين للغاية إذا لم تختف الطاقة المظلمة ، لكنها كانت ستقل عما كان يعتقد في السابق.

إذن أي من هذه المخاوف حقيقي؟ اتضح أن ذلك مجرد سبب لعدم الإثارة. في عام 1998 ، تحدثت بيانات عن المستعرات الأعظمية فقط لصالح الطاقة المظلمة. بمرور الوقت ، جمعنا دليلين أقوى ومستقلين على حد سواء.

1) إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف. تشير التقلبات في التوهج المتبقي من الانفجار الكبير - المقاس بواسطة مشروع WMAP ، ثم بدقة أكبر ومشروع Plank - بوضوح إلى أن الكون يحتوي على 5 ٪ من المادة الطبيعية و 27 ٪ من المادة المظلمة و 68 ٪ من الطاقة المظلمة. وعلى الرغم من أن إشعاع الميكروويف وحده لا يتحدث عن خصائص الطاقة المظلمة ، فإنه يقول أن 2/3 من طاقة الكون في شكل لا يتفتت ولا ينتمي إلى الكتلة.

لفترة من الوقت ، كانت هذه مشكلة ، لأن المستعرات الأعظمية نفسها قالت إن الطاقة المظلمة هي 3/4 من الكون ، لذلك ربما تساعدنا الاكتشافات الجديدة على المستعرات الأعظمية في بناء البيانات بشكل أفضل.

2) طريقة تجمع المجرات في عناقيد. في بداية الكون ، تتحكم المادة المظلمة والمادة الطبيعية - وكيف تتفاعل مع الإشعاع أو لا تتفاعل معه - في كيفية تجمع المجرات في عناقيد في الوقت الحاضر. إذا نظرت إلى بعض المجرات في الكون ، فستجد أن لها خاصية غريبة: من المرجح أن توجد مجرة أخرى على مسافة 500 مليون سنة ضوئية منها ، ومع مجرة أصغر - على مسافة 400 أو 600 مليون سنة. تُعرف هذه الظاهرة باسم Baryon Acoustic Oscillations (BAO) ، ويرجع ذلك إلى حقيقة أن المادة الطبيعية تواجه ضغطًا إشعاعيًا ، ولا تعاني المادة المظلمة.

الشيء هو أن الكون يتوسع بسبب كل ما هو موجود فيه ، بما في ذلك الطاقة المظلمة. لذلك ، مع توسع الكون ، تختلف هذه المسافة المفضلة التي تبلغ 500 مليون سنة ضوئية. بدلاً من "الشموع القياسية" ، يسمح لنا BAO باستخدام "مسطرة قياسية" ، والتي يمكن استخدامها أيضًا لقياس الطاقة المظلمة.

اتضح أن القياسات التي تم إجراؤها من خلال BAO ليست أسوأ من القياسات التي تقوم بها المستعرات الأعظمية وتعطي نفس النتائج: يتكون الكون من طاقة مظلمة بنسبة 70 ٪ ويتوافق مع وجود ثابت كوني ، وليس لجدران المجال ، أو سلاسل كونية أو نظريات غريبة أخرى .

إذا دمجنا كل مجموعات البيانات الثلاث ، نجد أنها تعطينا صورة متشابهة تقريبًا.

ما تعلمناه هو أن كمية الطاقة المظلمة ونوعها ، التي نستمدها من المستعرات الأعظمية ، قد تتغير قليلاً ، وهذا قد يساعدنا حتى على إدخال الطرق الثلاث المشار إليها - السوبرنوفا ، KMFI و BAO - في أفضل المراسلات. هذه واحدة من لحظات العلم العظيمة هذه عندما لا يجبرنا افتراض خاطئ على التخلص من جميع النتائج والاستنتاجات ، ولكنه يساعد على فهم أكثر دقة للظاهرة التي أغرقتنا في الحيرة منذ لحظة اكتشافها.

الطاقة المظلمة موجودة ، وبفضل اكتشاف جديد ، يمكننا حتى فهمها - وتأثيرها على الكون - أفضل من ذي قبل. شكرا للقارئ على فرصة التحدث عن مثل هذا الاكتشاف المثير للاهتمام. أرسل لي أسئلتك واقتراحاتك للمقالات التالية.

اسأل إيثان رقم 83: ماذا لو كانت الطاقة المظلمة ليست حقيقية؟

More articles: