يمكن لتصادم النجوم ذات الثقب الأسود والنيوتروني أن تحدد أخيرًا القياسات المختلفة لمعدل تمدد الكون
إذا كنت تتابع التطورات في علم الفلك على مدى السنوات القليلة الماضية ، فربما تكون قد سمعت عن ما يسمى بـ 'الأزمة في علم الكونيات' ، والتي جعلت علماء الفلك يتساءلون عما إذا كان هناك خطأ ما في فهمنا الحالي للكون. تدور هذه الأزمة حول معدل توسع الكون: لا تتوافق قياسات معدل التوسع في الكون الحالي مع قياسات معدل التوسع خلال بداية الكون. مع عدم وجود إشارة إلى سبب اختلاف هذه القياسات ، فإن علماء الفلك في حيرة من أمرهم لتفسير هذا التفاوت.
الخطوة الأولى في حل هذا اللغز هي تجربة طرق جديدة لقياس معدل التمدد. في ورق نُشر الأسبوع الماضي ، اقترح باحثون في كلية لندن الجامعية (UCL) أننا قد نكون قادرين على إنشاء مقياس جديد ومستقل لمعدل توسع الكون من خلال مراقبة تصادمات الثقب الأسود والنجم النيوتروني.
دعنا نعود لمدة دقيقة ونناقش موقف الأمور الآن. عندما ننظر إلى الكون ، تبدو المجرات البعيدة وكأنها تبتعد عنا أسرع من المجرات الأقرب ، لأن الفضاء نفسه يتوسع. يتم التعبير عن ذلك برقم يُعرف باسم ثابت هابل ، والذي يُكتب عادةً على أنه السرعة (بالكيلومترات في الثانية) لمجرة تبعد واحد ميغا فرسك (Mpc).
واحدة من أفضل الطرق لقياس ثابت هابل هي مراقبة الأشياء المعروفة باسم Cepheid Variables. Cepheids هي النجوم التي تضيء وتخفت بانتظام ، ويصادف سطوعها فقط فترتها (الوقت الذي يستغرقه التعتيم والسطوع مرة أخرى). يجعل انتظام هذه الأجسام من الممكن تقدير المسافة بينها ، ويعطينا مسح للعديد من Cepheids ثابت هابل بحوالي 73km / s / Mpc. المستعرات الأعظمية من النوع 1A هي كائن شائع آخر ذو سطوع معروف ، كما أنها تعطي ثابت هابل الذي يحوم حول 73km / s / Mpc.
من ناحية أخرى ، يمكنك قياس تمدد الكون خلال مرحلته الأولى من خلال مراقبة الشفق اللاحق للانفجار العظيم ، والمعروف باسم إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف (CMB). تم أخذ أفضل قياس لدينا لـ CMB من قبل مركبة الفضاء بلانك التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ، والتي أصدرت بياناتها النهائية في عام 2018. لاحظ بلانك ثابت هابل البالغ 67.66 كم / ثانية / Mpc.
القيم التقديرية لثابت هابل. يمثل اللون الأسود القياسات من Cepheids / النوع 1A Supernovae (73 كم / ثانية / Mpc). يمثل اللون الأحمر قياسات الكون المبكرة لـ CMB (67 km / s / Mpc). يُظهر اللون الأزرق تقنيات أخرى ، لم تكن شكوكها صغيرة بما يكفي للاختيار بين الاثنين. الائتمان: رينيرفو (ويكيميديا كومنز).
الفرق بين 67 و 73 ليس هائلاً ، وفي البداية ، بدا أن التفسير الأكثر احتمالاً للاختلاف هو خطأ في الأداة. ومع ذلك ، من خلال الملاحظات اللاحقة ، تم تضييق أشرطة الخطأ في هذه القياسات بما يكفي ليكون الاختلاف ذا دلالة إحصائية. أزمة فعلاً!
هنا هو المكان الذي يأمل الباحثون في UCL أن يتدخلوا فيه. يقترحون طريقة جديدة لقياس ثابت هابل ، والتي لا تعتمد بأي شكل من الأشكال على الطريقتين الأخريين. يبدأ بقياس موجات الجاذبية: تموجات في الزمكان ناتجة عن اصطدام أجسام ضخمة مثل الثقوب السوداء. تم اكتشاف موجات الجاذبية الأولى مؤخرًا فقط ، في عام 2015 ، ولم يتم ربطها بعد بأي تصادمات مرئية.
كباحث رئيسي ستيفن فيني يشرح ، 'لم نكتشف بعد الضوء من هذه الاصطدامات. لكن التطورات في حساسية المعدات التي تكشف عن موجات الجاذبية ، جنبًا إلى جنب مع أجهزة الكشف الجديدة في الهند واليابان ، ستؤدي إلى قفزة هائلة إلى الأمام من حيث عدد هذه الأنواع من الأحداث التي يمكننا اكتشافها '.
تسمح لنا موجات الجاذبية بتحديد موقع هذه الاصطدامات ، لكننا نحتاج إلى قياس الضوء من الاصطدامات أيضًا إذا أردنا قياس سرعتها. قد يكون اصطدام ثقب أسود بنجم نيوتروني مجرد نوع من الأحداث التي من شأنها أن تنتج كليهما.
إذا رأينا ما يكفي من هذه الاصطدامات ، فيمكننا استخدامها لإنتاج قياس جديد لثابت هابل.
كاشف موجات الجاذبية LIGO في لويزيانا. حقوق الصورة: مختبر Caltech / MIT / LIGO.
استخدم فريق UCL عمليات المحاكاة لتقدير عدد تصادمات الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية التي قد تحدث في العقد المقبل. ووجدوا أن كاشفات موجات الجاذبية الأرضية قد تلتقط 3000 منها قبل عام 2030 ، ومن بين هؤلاء ، من المحتمل أن ينتج حوالي 100 منها أيضًا ضوءًا مرئيًا.
سيكون ذلك كافيا. على هذا النحو ، بحلول عام 2030 قد يكون لدينا قياس جديد تمامًا لثابت هابل. لا نعرف حتى الآن ما إذا كان القياس الجديد سيتوافق مع قياس CMB ، أو مع قياس Cepheid / Type 1A ، أو لا نتفق مع كليهما. لكن النتيجة ، مهما كانت ، ستكون خطوة مهمة في حل اللغز. يمكن أن يؤدي إما إلى توقف أزمة علم الكونيات ، أو جعلها أكثر خطورة ، مما يجبرنا على النظر عن كثب في نموذجنا للكون ، والاعتراف بأن هناك الكثير مما لا نعرفه عن الكون مما كنا نظن.
يتعلم أكثر: ' قد تؤدي تصادمات الثقب الأسود والنجم النيوتروني إلى تسوية الخلاف حول توسع الكون . ' UCL.
ستيفن إم فيني وهيرانيا ف.بيريس وسامايا م. نيسانكي ودانييل جيه مورتلوك ، ' احتمالات قياس ثابت هابل مع اندماج النترون والنجم والثقب الأسود. 'خطابات المراجعة المادية.
صورة مميزة: ثقب أسود يلتهم نجمًا نيوترونيًا. الائتمان: دانا بيري / ناسا.
