تشير القياسات الجديدة باستخدام عدسة الجاذبية إلى أن معدل التوسع الحالي للكون لا يتفق مع الإشارات الواردة من الكون المبكر.

يواجه علماء الكونيات مشكلة كبيرة لم يتم حلها بعد، وهي أن السرعة المقاسة التي يتوسع بها الكون لا تتفق عبر طرق مختلفة، وحل هذا الصراع قد يكشف عن فيزياء جديدة. للحماية من الأخطاء الخفية في القياسات التقليدية التي تعتمد على المستعرات الأعظمية وغيرها من علامات المسافة، يواصل علماء الفلك البحث عن تقنيات بديلة.

في العمل الأخير، قام باحثون، بما في ذلك فريق من جامعة طوكيو، بفحص توسع الكون من خلال تطبيق استراتيجيات رصد جديدة وبيانات من التلسكوبات المتطورة. ويعتمد نهجهم على حقيقة أن الضوء الصادر من الأجسام البعيدة للغاية يمكن أن يصل إلى الأرض عبر عدة طرق. إن دراسة كيفية اختلاف هذه المسارات تساعد العلماء على تحسين نماذج واسعة النطاق لكيفية تصرف الكون ونموه.

قياس توسع الفضاء

نحن نعلم أن الكون هائل ولا يزال يتوسع، حتى لو ظل حجمه الكامل غير مؤكد. ويمكن تقدير معدل توسعها، على الرغم من أن العملية ليست واضحة. كلما نظر علماء الفلك إلى مسافة أبعد، بدا أن الأجسام البعيدة بشكل أسرع تتحرك بعيدًا.

لكل 3.3 مليون سنة ضوئية (أو واحد ميجابارسيك) من الأرض، يبدو أن الأجسام الموجودة على تلك المسافة تنحسر بسرعة 73 كيلومترًا في الثانية تقريبًا. يُعرف هذا المعدل البالغ 73 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ فلكي (km/s/Mpc) باسم ثابت هابل.

سلالم المسافة التقليدية وتقنية جديدة

اعتمد علماء الفلك على عدة طرق لحساب ثابت هابل، لكن جميعها حتى الآن اعتمدت على ما يعرف بسلالم المسافة. تم بناء هذه السلالم من أجسام مألوفة مثل المستعرات الأعظمية والنجوم المتغيرة القيفاوية، والتي تعتبر متسقة بدرجة كافية عبر المجرات لتكون بمثابة علامات موثوقة. ومن خلال دراسة أعداد كبيرة من هذه الأجسام على مدى سنوات عديدة، تمكن الباحثون من تضييق القيم المحتملة لثابت هابل. ومع ذلك، لا يزال هناك بعض عدم اليقين، ولهذا السبب يتوق العلماء إلى تقنيات أكثر استقلالية.

تقدم دراسة حديثة بقيادة البروفيسور المساعد في المشروع كينيث وونغ وباحث ما بعد الدكتوراه إريك بايك من مركز أبحاث الكون المبكر بجامعة طوكيو مثل هذه التقنية، التي تسمى التصوير الكوني للتأخير الزمني. وأظهر الفريق أن هذه الطريقة يمكن أن تقلل من اعتماد المجال على سلالم المسافة وقد تفيد مجالات أخرى من علم الكونيات أيضًا.

استخدام عدسة الجاذبية لتتبع التوسع الكوني

قال وونغ: “لقياس ثابت هابل باستخدام التصوير الكوني للتأخير الزمني، تحتاج إلى مجرة ​​ضخمة يمكنها أن تعمل كعدسة”. “إن جاذبية هذه “العدسة” تحرف الضوء عن الأجسام المختبئة خلفها حول نفسها، لذلك نرى نسخة مشوهة منها. وهذا ما يسمى عدسة الجاذبية. إذا كانت الظروف مناسبة، فسنرى في الواقع عدة صور مشوهة، وكل منها سوف تتخذ مسارًا مختلفًا قليلاً للوصول إلينا، وتستغرق فترات زمنية مختلفة.

“من خلال البحث عن تغييرات متطابقة في هذه الصور التي تكون خارجة عن المألوف قليلاً، يمكننا قياس الفرق في الوقت الذي استغرقته للوصول إلينا. إن ربط هذه البيانات بتقديرات حول توزيع كتلة العدسة المجرية التي تشوهها هو ما يسمح لنا بحساب تسارع الأجسام البعيدة بشكل أكثر دقة. إن ثابت هابل الذي نقيسه يقع ضمن النطاقات التي تدعمها طرق التقدير الأخرى.”

لماذا يظل ثابت هابل يمثل مشكلة؟

قد يبدو من المفاجئ أن يتم بذل الكثير من الجهد لتحسين قيمة تم قياسها عدة مرات. ومع ذلك، يلعب هذا الرقم دورًا مركزيًا في كيفية تفسير العلماء لتطور الكون، وهناك صراع طويل الأمد بين طرق القياس. القيمة المقبولة على نطاق واسع وهي 73 كم/ثانية/ميغاباسك تأتي من رصد المجرات القريبة. هناك طريقة أخرى تنظر إلى بداية الكون من خلال تحليل إشعاع الخلفية الكونية الميكروي (CMB)، وهو الإشعاع المتبقي من الانفجار الأعظم. عندما قام الباحثون بحساب ثابت هابل باستخدام الإشعاع CMB، وصلوا إلى 67 كم/ثانية/ميجابرك.

أثار هذا الاختلاف، المعروف باسم توتر هابل، جدلاً حول ما إذا كان هذا التناقض ناجمًا عن قيود تجريبية أم أنه يشير إلى شيء أعمق. يساعد العمل الذي قام به وونج وبايك ومعاونوهم في استكشاف جذور هذا التوتر في وقت لا يزال هناك نقص في التفسير الواضح.

دليل على التناقض الجسدي الحقيقي

قال وونغ: “قياسنا لثابت هابل أكثر اتساقًا مع عمليات الرصد الأخرى في الوقت الحالي وأقل اتساقًا مع قياسات الكون المبكر. وهذا دليل على أن توتر هابل قد ينشأ بالفعل من فيزياء حقيقية، وليس مجرد مصدر خطأ غير معروف في الطرق المختلفة”. “إن قياساتنا مستقلة تمامًا عن الطرق الأخرى، سواء في وقت مبكر أو متأخر من الكون، لذلك إذا كانت هناك أي شكوك منهجية في تلك الأساليب، فلا ينبغي أن نتأثر بها.”

قال بايك: “كان التركيز الرئيسي لهذا العمل هو تحسين منهجيتنا، ونحن الآن بحاجة إلى زيادة حجم العينة لتحسين الدقة وتسوية توتر هابل بشكل حاسم”. “في الوقت الحالي، تبلغ دقتنا حوالي 4.5%، ومن أجل تثبيت ثابت هابل فعليًا إلى مستوى يؤكد بشكل قاطع توتر هابل، نحتاج إلى الوصول إلى دقة تبلغ حوالي 1-2%.”

توسيع العينة وتحسين الدقة

الفريق واثق من قدرته على تحقيق هذا المستوى دقة. في هذه الدراسة، قاموا بتحليل ثمانية أنظمة عدسات ذات تأخير زمني، يتضمن كل منها مجرة ​​أمامية تخفي مجرة ​​بعيدة كوازار (فائقة الضخامة الثقب الأسود مما يؤدي إلى تراكم الغاز والغبار، مما يجعله يلمع بشكل ساطع).

لقد قاموا بدمج هذه المعلومات مع الملاحظات الجديدة من التلسكوبات الفضائية والأرضية الحديثة، بما في ذلك تلسكوب جيمس ويب الفضائي. سيؤدي العمل المستقبلي إلى زيادة عدد أنظمة العدسات وتحسين القياسات ومواصلة تقييم مصادر الخطأ المحتملة.

فهم التوزيع الشامل ودور التعاون

قال وونغ: “أحد أكبر مصادر عدم اليقين هو حقيقة أننا لا نعرف بالضبط كيف يتم توزيع الكتلة في المجرات العدسة. ويُفترض عادةً أن الكتلة تتبع شكلاً بسيطًا يتوافق مع الملاحظات، ولكن من الصعب التأكد من ذلك، ويمكن لعدم اليقين هذا أن يؤثر بشكل مباشر على القيم التي نحسبها”.

“إن توتر هابل مهم، لأنه قد يشير إلى حقبة جديدة في علم الكونيات تكشف عن فيزياء جديدة. مشروعنا هو نتيجة لتعاون دام عقودًا بين عدة مراصد وباحثين مستقلين، مما يسلط الضوء على أهمية التعاون الدولي في العلوم.”

المرجع: “TDCOSMO 2025: القيود الكونية من التأخير الزمني القوي للعدسة” بقلم سيمون بيرر، إليزابيث جيه. باكلي-جير، ميشيل كابيلاري، فريديريك كوربين، فريديريك دوكس، كريستوفر د. فاسناشت، جوشوا أ. هوان لين، مارتن ميلون، تاكاهيرو موريشيتا، فيرونيكا موتا، بريتوم موزومدار، إريك بايك، أنور ج. شاجيب، ويليام شيو، دومينيك سلوس، أليساندرو سونينفيلد، كيارا سبينييلو، ماسيمو ستيافيلي، شيري إتش سويو، تشين يي تان، توماسو تريو، لين فان دي فيفير، هان وانغ، باتريك ويلز، ديفون إم ويليامز وكينيث. سي. وونغ، 5 ديسمبر 2025، علم الفلك والفيزياء الفلكية.
دوى: 10.1051/0004-6361/202555801

تم دعم هذا العمل من قبل ناسا (منح 80NSSC22K1294 وHST-AR-16149)، وجمعية ماكس بلانك (زمالة ماكس بلانك)، والمؤسسة الألمانية للبحوث في إطار استراتيجية التميز الألمانية (EXC-2094، 390783311)، ومؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية (منح NSF-AST-1906976، NSF-AST-1836016، NSF-AST-2407277)، ومؤسسة مور (المنحة 8548)، وJSPS KAKENHI (أرقام المنح JP20K14511، JP24K07089، JP24H00221).

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.