يمكن للكوازارات ذات عدسة الجاذبية المزدوجة أن تساعد أخيرًا في معرفة مدى سرعة توسع الكون
ما هي سرعة تمدد الكون؟ هذا سؤال لم يتمكن علماء الفلك من الإجابة عليه بدقة. لديهم اسم لمعدل تمدد الكون: ثابت هابل ، أو قانون هابل. لكن القياسات تستمر في الخروج بقيم مختلفة ، وكان علماء الفلك يناقشون ذهابًا وإيابًا حول هذه المسألة لعقود.
الفكرة الأساسية وراء قياس ثابت هابل هي النظر إلى مصادر الضوء البعيدة ، وعادة ما تكون من نوع المستعرات الأعظمية أو النجوم المتغيرة يشار إليها باسم ' الشموع القياسية ، وقياس انزياح الضوء باللون الأحمر. ولكن بغض النظر عن كيفية قيام علماء الفلك بذلك ، لا يمكنهم التوصل إلى قيمة متفق عليها ، فقط مجموعة من القيم. دراسة جديدة تشمل النجوم الزائفة و عدسة الجاذبية قد تساعد في تسوية المشكلة.
إن كون الكون يتوسع ليس موضع تساؤل. لقد عرفنا هذا منذ حوالي 100 عام. يتحول الضوء القادم من المجرات البعيدة إلى اللون الأحمر عندما تبتعد عنا ، وقياس هذا التحول الأحمر أنتج قيمًا مختلفة للتوسع العالمي.
'ثابت هابل يثبت المقياس المادي للكون.'
سيمون بيرر ، عالم ما بعد الدكتوراه بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس والمؤلف الرئيسي للدراسة.
يُقاس معدل التمدد بالكيلومترات في الثانية لكل ميجابارسك ، ويُكتب كـ (km / s) / Mpc. على سبيل المثال ، شيء ما يتمدد بمعدل 10 (كم / ث) / Mpc يعني أن نقطتين في الفضاء تفصل بينهما مسافة 1 ميجابكسل (ما يعادل 3.26 مليون سنة ضوئية) تتسابقان بعيدًا عن بعضهما البعض بسرعة 10 كيلومترات لكل منهما ثانيا.
عندما تم اكتشافه لأول مرة في عشرينيات القرن الماضي ، كان يُعتقد أن معدل التوسع يبلغ 625 كيلوبت في الثانية / مليون في الثانية. ولكن ابتداءً من الخمسينيات من القرن الماضي ، قاسه بحث أفضل بأنه أقل من 100 كيلو في الثانية / مليون في الثانية. في العقود القليلة الماضية ، قامت العديد من الدراسات بقياس معدل التوسع ، وتوصلت إلى سرعات تتراوح بين حوالي 67 إلى 77 كيلو في الثانية / ميجا باسكال.
لكن العلم لن يقبل مجموعة من الإجابات لشيء يجب أن يكون له قيمة واحدة. لن يكون علمًا إذا حدث ذلك. لذلك يواصل العلماء تجربة طرق مختلفة لقياس ثابت هابل لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم فهمه بشكل صحيح ، لأن ثابت هابل هو أكثر من مجرد قياس لتوسع الكون.
قال سايمون بيرر ، باحث ما بعد الدكتوراه بجامعة كاليفورنيا بلوس أنجلوس والمؤلف الرئيسي للدراسة: 'يثبت ثابت هابل المقياس المادي للكون'. بدون قيمة دقيقة لثابت هابل ، لا يستطيع علماء الفلك تحديد أحجام المجرات البعيدة بدقة ، أو عمر الكون أو تاريخ توسع الكون. لذا فإن فهمها بشكل صحيح هو صفقة كبيرة.
إلى دراسة جديدة نُشر للتو في الإخطارات الشهرية للجمعية الملكية الفلكية وهو يحاول طريقة جديدة لقياس ثابت هابل. يقود البحث فريق من علماء الفلك في جامعة كاليفورنيا ، ويعتمد على بعيد النجوم الزائفة الذي يخضع نوره عدسة الجاذبية قبل أن تصل إلى الأرض.
انطباع الفنان عن ULAS J1120 + 0641 ، وهو كوازار بعيد جدًا مدعوم بثقب أسود كتلته ملياري ضعف كتلة الشمس. الائتمان: ESO / M. كورنميسر
النجوم الزائفة هي أجسام فائقة السطوع. وتسمى أيضًا نوى المجرة النشطة ، لأنه يُعتقد أنها ناتجة عن الثقوب السوداء الهائلة في مركز المجرات. ينتج الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي تنبعث منه عن قرص التراكم الملتف حول الثقب الأسود. مع تسريع قرص المادة حول الثقب ، فإنه يصدر كمية هائلة من الطاقة.
نظرًا لأن النجوم الزائفة مضيئة جدًا ، يمكن رؤيتها من مسافات شاسعة. وهذا لا يجعلها أشياء رائعة للدراسة فحسب ، بل تجعلها مفيدة أيضًا كعلامات لدراسة قانون هابل.
تحدث عدسة الجاذبية عندما يصادف مصدر الضوء من جسم بعيد للغاية ، الكوازارات في هذه الدراسة ، مجرة متداخلة قبل أن تصل إلى المراقبين على الأرض. الكتلة القصوى للمجرة كافية لثني الضوء ، على غرار الطريقة التي تعمل بها العدسة الزجاجية. والنتيجة نوع من تأثير 'بيت المرايا'. الصورة أدناه توضح كيف تبدو. يرتبط اكتشاف عدسة الجاذبية ارتباطًا وثيقًا بأينشتاين ، على الرغم من أنه لم يتم رصده حتى عام 1979.
صورة هابل لمجرة حمراء مضيئة (LRG) تعمل على تشويه الضوء من مجرة زرقاء أكثر بعدًا ، وهي تقنية تُعرف باسم عدسة الجاذبية. الائتمان: ESA / Hubble & NASA
ركزت هذه الدراسة على الكوازارات المزدوجة. يُطلق على الكوازار المزدوج أحيانًا اسم a التوأم الكوازار ، ليسا اثنين من النجوم الزائفة بالقرب من بعضهما البعض ، بل هو تأثير عدسة الجاذبية. مع وجود كوازار مزدوج ، ينعكس ضوءها حول مجرة متداخلة قبل الوصول إلى الأرض ، مما ينتج عنه صورتان للكوازار. لم تستخدمها أي دراسة سابقة لمحاولة تحديد معدل توسع الكون.
نظرًا لأن الضوء المنبعث من الكوازار ينحني حول المجرة المتداخلة ، مما ينتج صورتين لنفس الكوازار ، فإنه ينشئ فرصة فريدة للرصد. ينتقل الضوء الذي ينشئ الصور المنفصلة للكوازار مسارًا مختلفًا لكل صورة. مع تذبذب الضوء الصادر من الكوازار ، يكون هناك تأخير بين الوميض في كل من الصورتين.
من خلال قياس التأخير الزمني بين الومضات ، ومعرفة كتلة المجرة المتداخلة ، استنتج الفريق المسافات بين الأرض والمجرة العدسية والكوازار. مكنت معرفة الانزياحات الحمراء للكوازار والمجرة العلماء من تقدير مدى سرعة توسع الكون.
ركزت هذه الدراسة على الكوازار المزدوج المسمى SDSS J1206 + 4332 ، واعتمدت أيضًا على بيانات من تلسكوب هابل الفضائي ، و Gemini و W.M. Keck ، ومن الرصد الكوني لعدسات الجاذبية ، أو كوزموغريل ، شبكة الاتصال. قضى الفريق عدة سنوات في التقاط صور يومية للكوازار المزدوج ، مما أعطاهم قياسات دقيقة للغاية للتأخير الزمني بين الومضات. عند دمجها مع البيانات الأخرى ، أعطت علماء الفلك أحد أفضل قياسات ثابت هابل حتى الآن.
قال توماسو تريو ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس وكبير مؤلفي الورقة البحثية: 'يكمن جمال هذا القياس في أنه مكمل للغاية ومستقل عن الآخرين'.
صورة من الورق. مجرة العدسة هي G0 في وسط الصورة. A و B هما الكوازار المزدوج SDSS J1206 + 4332. G2 هي مجرة ثلاثية ، و G3 و G4 من المجرات الأخرى القريبة. حقوق الصورة: تلسكوب هابل الفضائي وتريو وآخرون. آل. 2019.
لذا ، ما مدى سرعة توسعها؟
'... الكون أكثر تعقيدًا بعض الشيء.
توماسو تريو ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك بجامعة كاليفورنيا.
توصل الفريق إلى قيمة ثابتة هابل تبلغ 72.5 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ. هذا يجعلها متوافقة مع القياسات الأخرى التي استخدمت المستعرات الأعظمية البعيدة كشموع قياسية لقياس ثابت هابل. لكنها أعلى بنسبة 7٪ تقريبًا من القياسات التي تعتمد على الخلفية الكونية الميكروويف لقياسه.
هذه ليست نهاية الجدل حول قانون هابل. لا يزال هناك هذا الاختلاف المزعج بين طرق القياس. ماذا يعني ذلك؟ قال تريو: 'إذا كان هناك اختلاف فعلي بين هذه القيم ، فهذا يعني أن الكون أكثر تعقيدًا قليلاً'. قال Treu أيضًا أن أحد القياسات ، أو حتى الثلاثة جميعها ، خاطئ.
سيستمر الفريق في أسلوب القياس بعدسة الكوازار. إنهم يبحثون في 40 كوازارًا رباعيًا على أمل منحهم قياسًا أكثر دقة لمعدل تمدد الكون.
مصادر:
- ورقة ابحاث: H0LiCOW - التاسع. التحليل الكوني للكوازار المصور المزدوج SDSS 1206 + 4332 وقياس جديد لثابت هابل
- بيان صحفي من UCLA: يمكن أن تساعد رؤية الازدواج في حل الخلاف حول مدى سرعة توسع الكون
- H0LiCOW
- دخول ويكيبيديا: قانون هابل