الكون يتوسع. عندما ننظر في جميع الاتجاهات ، نرى مجرات بعيدة تبتعد عنا ، ينزلق ضوءها إلى الأحمر بسبب التوسع الكوني. وقد عُرف هذا منذ عام 1929 عند إدوين هابل يحسب العلاقة بين مسافة المجرة وانزياحها الأحمر. ثم في أواخر التسعينيات ، وجدت دراستان عن المستعرات الأعظمية البعيدة أن تمدد الكون يتسارع. شيء ، بعضالطاقة المظلمة، يجب أن يقود التوسع الكوني.
الطاقة المظلمة هي الآن جزء من نموذج التوافق في علم الكونيات. يُعتقد أنه يشكل حوالي 68٪ من طاقة المادة في الكون. في حين أن هناك ثروة من البيانات لدعم الطاقة المظلمة ، فإن النموذج لا يخلو من مشاكله. والبحث الجديد حتى يقترح أنه قد لا يكون موجودًا . هذا ادعاء جريء ، فلنلق نظرة على البيانات.
علاقة إدوين هابل الأصلية (على اليسار) بالمقارنة مع مقياس حديث لمعامل هابل (على اليمين). ائتمانات: اليمين: روبرت ب. كيرشنر ؛ اليسار: إدوين هابل.
تُعرف الآن العلاقة بين الانزياح الأحمر للمجرة والمسافة المجرية باسم ثابت هابل ، أو بشكل عام معامل هابل. من خلال تحديد معامل هابل وقياس كثافة المادة في الكون ، يمكننا تحديد مقدار الطاقة المظلمة الموجودة في الكون. من السهل جدًا تحديد الانزياح الأحمر للمجرة ، لكن قياس المسافة أمر صعب.
حدد هابل المسافة من خلال ملاحظة متغيرات Cepheid ، والتي لها علاقة قوية بين الفترة واللمعان. تم اكتشاف هذه العلاقة من قبل Henrietta Leavitt ، التي درست أكثر من 1700 متغير Cepheid. بقياس فترة متغير Cepheid تعرف مقداره المطلق (السطوع الحقيقي). قارن هذا بالقدر الظاهري (السطوع الظاهري) وستعرف مسافة النجم.
تعمل هذه الطريقة فقط مع Cepheids في المجرات التي تبعد أقل من 20 مليون سنة ضوئية. بالنسبة للمجرات البعيدة حقًا ، يلاحظ الفلكيون نوعًا من المستعر الأعظم يعرف بالنوع Ia. تحدث هذه عندما ينفجر قزم أبيض ، وتكون مقاديرها المطلقة متشابهة إلى حد ما. مثلما يمكن استخدام السيفيد لحساب المسافة ، كذلك يمكن استخدام هذه المستعرات الأعظمية. لكن المستعرات الأعظمية شديدة السطوع بحيث يمكن استخدامها لقياس مسافة المجرات التي تبعد مليارات السنين الضوئية. تم العثور على أول دليل على الطاقة المظلمة من خلال ملاحظات المستعرات الأعظمية البعيدة من النوع Ia.
كيف يتكون المستعر الأعظم من النوع Ia. الائتمان: وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية وأ.فييلد (STScI)
أحد الافتراضات الأساسية حول المستعرات الأعظمية من النوع Ia هو أنه بغض النظر عن مكان حدوثها في الكون ، فإن أقصى سطوع لها يكون دائمًا متماثلًا تقريبًا. هذا منطقي لأن الأقزام البيضاء تمتلك كتلة قصوى مطلقة تعرف باسم Chandrasekhar Limit (حوالي 1.4 كتلة شمسية). لذلك تنفجر جميع المستعرات الأعظمية بنفس الكتلة والطاقة تقريبًا ، ومن ثم نفس السطوع. تم تأكيد ذلك من خلال مراقبة المستعرات الأعظمية التي تحدث بالقرب من 20 مليون سنة ضوئية.
مع إجراء المزيد من الدراسات ، وجد أن المستعرات الأعظمية من النوع Ia ليست كلها متماثلة. يمكن أن تحدث عندما ينفجر قزم أبيض واحد ، ولكن يمكن أن تحدث أيضًا عندما يندمج قزمان أبيضان. في الواقع ، يبدو أن نسخة الاندماج أكثر شيوعًا ، وفي هؤلاء يمكن أن تكون الكتلة أكبر من حد Chandrasekhar. هناك أيضًا نوع آخر يُعرف باسم Type Iax ، حيث لا ينفجر القزم الأبيض تمامًا. كلاهما يختلفان في السطوع عن الإصدار القياسي ، وقد يؤدي ذلك إلى التخلص من قياس المسافة.
منحنيات الضوء من المستعرات الأعظمية من النوع Ia. ائتمانات: هاموي وآخرون. 1994 ، كيم 2004
في حين أن هذا يجعل قياسات المسافة أكثر تعقيدًا ، إلا أنه شيء يمكن لعلماء الفلك تعويضه. هناك اختلافات طفيفة في الطريقة التي تشرق بها هذه المستعرات الأعظمية وخافتها (تُعرف باسم منحنى الضوء الخاص بها) وبالتالي يمكن تمييزها بشكل عام. لكن قوانين الفيزياء هي نفسها في كل مكان في الكون ، طالما أننا نختار المستعرات الأعظمية الصحيحة ونضبطها وفقًا لبعض العوامل ، يجب أن تكون قياسات المسافة لدينا جيدة.
أو هكذا اعتقدنا.
ألقت دراسة جديدة بظلال من الشك على افتراضنا حول المستعرات الأعظمية من النوع Ia. على مدار تسع سنوات ، قام الفريق بعمل ملاحظات طيفية مفصلة لجميع المجرات القريبة حيث حدث المستعر الأعظم. من هذا ، قاموا بحساب أعمار هذه المجرات. نظروا أيضًا إلى منحنيات الضوء للمستعرات الأعظمية التي حدثت في هذه المجرات. نظرًا لأن هذه المجرات تقع جميعها ضمن نطاق متغيرات Cepheid ، فقد عرف الفريق المسافات دون وضع افتراضات حول المستعرات الأعظمية.
مع كل هذه البيانات ، قاموا بعد ذلك بدراسة ما إذا كان منحنى الضوء للمستعر الأعظم يعتمد على العمر الإجمالي للنجوم في المجرة المضيفة. وجدوا علاقة قوية. بعبارة أخرى ، يتطور سطوع المستعرات الأعظمية بمرور الوقت ، والافتراض القائل بأنها متشابهة لا يصح تمامًا.
مقارنة بين تطور المستعر الأعظم والتوسع الكوني. الائتمان: كانغ ، ييجونغ ، وآخرون.
هذا مهم. بسبب سرعة الضوء ، عندما ننظر إلى المجرات البعيدة نرى مجرات أصغر سنا. يستغرق ضوءها مليارات السنين للوصول إلينا. إذا كان تطور المستعر الأعظم صحيحًا ، فإنه يلغي جميع قياسات المسافة لدينا. قد تكون قياساتنا للتسارع الكوني والطاقة المظلمة خاطئة. في الواقع ، عندما قارن الفريق نموذج التطور الخاص بهم بنموذج التسارع ، وجدوا أنهم أعطوا نفس النتيجة. نموذج تطورهم يلغي الحاجة إلى الطاقة المظلمة. ما يبدو ككون متسارع يمكن أن يكون بسبب تطور المستعر الأعظم. إذا كانوا على حق ، فقد لا توجد طاقة مظلمة.
هذه نتيجة مفاجئة ومهمة ، لكن لا ينبغي أن نسرع في الاستنتاجات. في حين أن الأدلة على تطور المستعرات الأعظمية تبدو قوية جدًا ، لا يوجد حاليًا سوى بيانات عن المجرات القريبة. للقضاء على الطاقة المظلمة ، فإن الفريقيفترضيمكن أن يمتد نموذجهم إلى مسافات كبيرة. النموذج الحالييفترضلا تتطور المستعرات الأعظمية على مسافات كبيرة. هناك أيضًا دليل آخر على وجود طاقة مظلمة من ملاحظات الخلفية الكونية الميكروية والطريقة التي تتجمع بها المجرات على نطاق واسع. لا يزال هناك الكثير من الأدلة على الطاقة المظلمة.
لكن هذا البحث الجديد يمكن أن يساعد في الإجابة عن لغز آخر ، يُعرف باسم توتر هابل. في الأساس ، لسنا متأكدين تمامًا من ماهية ثابت هابل. تعطي طرق مثل الخلفية الكونية قيمة حوالي 67 (كم / ثانية) / Mpc ، بينما تعطي قياسات المستعر الأعظم قيمة حوالي 73 (كم / ثانية) / مليون قطعة. كان من المعتاد أن تكون أوجه عدم اليقين كبيرة جدًا ولم يكن هذا الاختلاف مهمًا ، ولكن الآن أصبحت أوجه عدم اليقين صغيرة جدًا تختلف الطرق المختلفة. قد لا يؤدي تطور المستعرات الأعظمية هذا إلى القضاء على الطاقة المظلمة ، لكنه قد يساعد في حل التوتر في نتائج هابل.
في كلتا الحالتين ، هذه النتيجة مثيرة.
مصدر:كانغ ، ييجونغ ، وآخرون '. مجرات مضيفة من النوع الأول من المستعرات الأعظمية من النوع الأول. ثانيًا. دليل على تطور اللمعان في علم الكون المستعر الأعظم . '