فقط عندما نعتقد أننا نفهم الكون جيدًا ، يأتي بعض علماء الفلك لقلب كل شيء. في هذه الحالة ، تم قلب شيء أساسي لكل ما نعرفه ونراه رأسًا على عقب: معدل تمدد الكون نفسه ، المعروف أيضًا باسم ثابت هابل.
قرر فريق من علماء الفلك باستخدام تلسكوب هابل أن معدل التمدد أسرع بنسبة تتراوح بين خمسة وتسعة بالمائة مما تم قياسه سابقًا. لا يمثل ثابت هابل بعض الفضول الذي يمكن تركه على الرف حتى التقدم التالي في القياس. إنه جزء لا يتجزأ من طبيعة كل شيء في الوجود.
'قد يكون هذا الاكتشاف المفاجئ دليلًا مهمًا لفهم تلك الأجزاء الغامضة من الكون التي تشكل 95 بالمائة من كل شيء ولا ينبعث منها ضوء ، مثل الطاقة المظلمة و المادة المظلمة ، و إشعاع مظلم قال قائد الدراسة والحائز على جائزة نوبل آدم ريس من معهد علوم تلسكوب الفضاء وجامعة جونز هوبكنز ، وكلاهما في بالتيمور ، ماريلاند.
ولكن قبل أن ندخل في عواقب هذه الدراسة ، دعنا نعود قليلاً وننظر في كيفية قياس ثابت هابل.
قياس معدل توسع الكون عمل صعب. باستخدام الصورة في الأعلى ، تعمل على النحو التالي:
- داخل مجرة درب التبانة ، يستخدم تلسكوب هابل لقياس المسافة إلى متغيرات سيفيد وهو نوع من النجوم النابضة. يستخدم Parallax للقيام بذلك ، و Parallax هو أداة أساسية للهندسة ، والتي تستخدم أيضًا في المسح. يعرف علماء الفلك ما هو السطوع الحقيقي للقيفائيين ، لذا فإن مقارنة ذلك بالسطوع الظاهر من الأرض يعطي قياسًا دقيقًا للمسافة بين النجم وبيننا. كما أن معدل نبضهم يضبط حساب المسافة. تسمى المتغيرات Cepheid أحيانًا 'المقاييس الكونية' لهذا السبب.
- ثم يوجه علماء الفلك أنظارهم إلى المجرات القريبة الأخرى التي لا تحتوي فقط على متغيرات Cepheid ، ولكن أيضًا اكتب مستعر أعظم 1 أ ، نوع آخر من النجوم مفهومة جيدًا. هذه المستعرات الأعظمية ، التي هي بالطبع نجوم متفجرة ، هي مقياس آخر موثوق به لعلماء الفلك. يتم الحصول على المسافة إلى هذه المجرات باستخدام Cepheids لقياس السطوع الحقيقي للمستعرات الأعظمية.
- بعد ذلك ، يوجه علماء الفلك هابل إلى مجرات بعيدة جدًا. هذه المجرات بعيدة جدًا ، بحيث لا يمكن رؤية أي سيفيد في تلك المجرات. لكن المستعرات الأعظمية من النوع 1 أ شديدة السطوع بحيث يمكن رؤيتها ، حتى على هذه المسافات الهائلة. بعد ذلك ، يقارن علماء الفلك السطوع الحقيقي والظاهري للمستعرات الأعظمية لقياس المسافة التي يمكن رؤية توسع الكون فيها. الضوء المنبعث من المستعرات الأعظمية البعيدة 'يتحول إلى اللون الأحمر' ، أو يتمدد ، بسبب تمدد الفضاء. عندما تُقارن المسافة المُقاسة مع الانزياح الأحمر للضوء ، فإنها تنتج قياسًا لمعدل تمدد الكون.
- خذ نفسًا عميقًا واقرأ كل ذلك مرة أخرى.
الجزء الأكبر من كل هذا هو أننا نمتلك قياسًا أكثر دقة لمعدل تمدد الكون. انخفض مستوى عدم اليقين في القياس إلى 2.4٪. الجزء الصعب هو أن معدل التوسع هذا للكون الحديث لا يتوافق مع القياس من الكون المبكر.
يتم الحصول على معدل تمدد الكون المبكر من الإشعاع الأيسر من الانفجار العظيم. عندما يتم قياس ذلك الشفق الكوني من قبل وكالة ناسا مسبار ويلكينسون تباين الميكروويف (WMAP) و ESA's القمر الصناعي بلانك ، فإنه ينتج عنه معدل توسع أصغر. لذلك لا يصطف الاثنان. إنه مثل بناء جسر ، حيث يبدأ البناء من كلا الطرفين ويجب أن يصطف بحلول الوقت الذي تصل فيه إلى المنتصف. (تحذير: ليس لدي أي فكرة عما إذا كانت الجسور تُبنى على هذا النحو).
تُظهر صورة تلسكوب هابل هذه إحدى المجرات المستخدمة في الدراسة. يحتوي على نوعين من النجوم المستخدمة لقياس المسافات بين المجرات. الدوائر الحمراء تنبض بنجوم Cepheid المتغيرة ، والأزرق X هو مستعر أعظم من النوع 1a. الصورة: NASA و ESA و A.Ress (STScI / JHU)
قال ريس: 'تبدأ من طرفين ، وتتوقع أن تلتقي في المنتصف إذا كانت جميع رسوماتك صحيحة وقياساتك صحيحة'. 'ولكن الآن لا تلتقي الغايات تمامًا في المنتصف ونريد أن نعرف السبب.'
'إذا عرفنا الكميات الأولية من الأشياء في الكون ، مثل الطاقة المظلمة والمادة المظلمة ، ولدينا صحة في الفيزياء ، فيمكنك حينئذٍ الانتقال من قياس في الوقت بعد الانفجار الأعظم بفترة وجيزة واستخدام هذا الفهم للتنبؤ بكيفية قال ريس: 'يجب أن يتوسع الكون اليوم بسرعة'. 'ومع ذلك ، إذا استمر هذا التناقض ، فيبدو أننا قد لا نملك الفهم الصحيح ، وهذا يغير الحجم الذي يجب أن يكون عليه ثابت هابل اليوم.'
لماذا لا يضيف كل شيء هو المتعة ، وربما الجنون ، جزء من هذا.
ما نسميه الطاقة المظلمة هي القوة التي تدفع تمدد الكون. هل الطاقة المظلمة تزداد قوة؟ أو ماذا عن المادة المظلمة ، التي تشكل معظم الكتلة في الكون. نحن نعلم أننا لا نعرف الكثير عنها. ربما نعرف أقل من ذلك ، وطبيعته تتغير بمرور الوقت.
قال لوكاس ماكري من جامعة تكساس إيه آند إم في كوليدج ستيشن ، أحد المتعاونين الرئيسيين في الدراسة: 'نحن لا نعرف سوى القليل جدًا عن الأجزاء المظلمة من الكون ، ومن المهم قياس كيفية دفعها وسحبها للفضاء عبر التاريخ الكوني'.
لا يزال الفريق يعمل مع هابل لتقليل عدم اليقين في قياسات معدل التمدد. أدوات مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي و ال تلسكوب أوروبي كبير للغاية قد يساعد في تحسين القياس بشكل أكبر ، ويساعد في معالجة هذه المشكلة الملحة.