يقوم علماء الفلك بتحسين مقياس مسافتهم للكون. لسوء الحظ ، لا يحل الأزمة في علم الكونيات
من الصعب قياس تمدد الكون. لسبب واحد ، لأن الكونيكونبالتوسع ، فإن مقياس قياسات المسافة الخاصة بك يؤثر على مقياس التوسع. ونظرًا لأن الضوء القادم من المجرات البعيدة يستغرق وقتًا للوصول إلينا ، فلا يمكنك قياس ماهية الكونيكون، بل ما هو عليهكنت. ثم هناك تحدي سلم المسافة الكونية.
ينبع سلم المسافة من حقيقة أنه في حين أن لدينا العديد من الطرق لقياس المسافة الكونية ، إلا أن أيا منها لا يعمل على جميع المقاييس. على سبيل المثال ، يتم تحديد أكبر المسافات عن طريق قياس السطوع الظاهري للمستعرات الأعظمية في المجرات البعيدة. يعمل هذا بشكل رائع عبر مليارات السنين الضوئية ، ولكن لا يوجد ما يكفي من المستعرات الأعظمية في مجرة درب التبانة لقياس المسافات القريبة. ربما يستخدم قياس المسافة الأكثر دقة المنظر التي تقيس التحول الظاهر في موقع النجم عندما تدور الأرض حول الشمس. المنظر هو مسألة هندسة بسيطة ، لكنها دقيقة فقط لألفي سنة ضوئية.
بعض الطرق المستخدمة لقياس المسافات الكونية. الائتمان: تابيثا ديلنجر
لهذا السبب ، غالبًا ما يقيس علماء الفلك المقياس من خلال بناء طريقة على الأخرى. استخدم المنظر لأقرب النجوم ، بما في ذلك نوع من النجوم المتغيرة المعروفة باسم متغيرات Cepheid. تتنوع Cepheids في السطوع بما يتناسب مع متوسط سطوعها ، لذلك يمكنك استخدامها لقياس المسافات التي تصل إلى 100 مليون سنة ضوئية أو نحو ذلك. تحدث المستعرات الأعظمية طوال الوقت ضمن هذا النطاق ، لذا يمكنك بعد ذلك استخدام قياسات المستعر الأعظم لتحديد المسافات عبر مليارات السنين الضوئية. هذه ليست الطرق الوحيدة المستخدمة في سلم المسافة الكونية ، لكن كل طريقة لها نطاق محدود ودقة محدودة.
نظرًا لوجود عدم يقين لأي قياس تقوم به ، يمكن أن تتراكم الأخطاء في سلم المسافة. إذا كانت قياسات اختلاف المنظر الخاصة بك متوقفة قليلاً ، فستكون قياسات Cepheid أقل من البداية ، وستكون قياسات المستعر الأعظم لديك أقل دقة. لهذا السبب ، عندما نقيس التوسع الكوني باستخدام طرق مختلفة نحصل عليها النتائج التي تختلف قليلاً. يُعرف هذا بالتوتر الكوني. في الماضي ، لم تكن هذه مشكلة كبيرة. بينما أعطت الطرق المختلفة نتائج مختلفة ، كان الارتياب في القياس كبيرًا بما يكفي لتداخل النتائج. ولكن مع زيادة دقة قياساتنا ، لم تعد متداخلة. إنهم يختلفون بصراحة.
لا يتوافق مقياس سلم المسافة الجديد مع مقياس بلانك. الائتمان: ريس وآخرون
لحل هذه المشكلة ، ركز فريق من علماء الفلك مؤخرًا على جعل سلم المسافة الكونية أكثر دقة. ينصب تركيزهم على قياسات اختلاف المنظر ، وهي الأرض التي يقف عليها سلم المسافة. في هذه الحالة ، يستخدمون بيانات من مركبة الفضاء جايا. قام Gaia بقياس المنظر والحركة لأكثر من مليار نجم ، بما في ذلك النجوم المتغيرة Cepheid. من هذا ، قلل الفريق من عدم اليقين بشأن طريقة المسافة القيفائية إلى 1٪ فقط. باستخدام هذه النتيجة الجديدة في سلم المسافة الكونية ، حصلوا على قياس ثابت هابل (معدل التمدد الكوني) ليكون بين 71.6 و 74.4 كم / ثانية / Mpc. هذا أمر رائع ، لكنه يتعارض مع الطرق الأخرى ، لا سيما البيانات المأخوذة من قياس القمر الصناعي بلانك لخلفية الميكروويف الكونية ، والتي تعطي قيمة تتراوح بين 67.2 و 68.1 كم / ثانية / Mpc.
يبدو أنه كلما زادت دقة قياساتنا ، ازدادت مشكلة التوتر سوءًا. من الواضح أن هناك شيئًا ما حول التوسع الكوني لا نفهمه ، ولا يسعنا إلا أن نأمل في أن تقودنا المزيد من البيانات الأفضل إلى حل.
المرجعي:ريس ، آدم ج ، وآخرون. ' تم معايرة المسافات الكونية بدقة تصل إلى 1٪ باستخدام Gaia EDR3 Parallaxes وقياس ضوئي تلسكوب هابل الفضائي لـ 75 من درب التبانة لتأكيد التوتر مع LambdaCDM . 'طبع arXiv المسبقarXiv: 2012.08534 (2020).