الصورة من حساب : Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF
in

تحدي جديد ,,,, تعزيز قياسات المسافات الجديدة لمعرفة دقيقة بالكون

الصورة من حساب : Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

أدت مجموعة جديدة من قياسات المسافة الدقيقة التي تم إجراؤها مع مجموعة دولية من التلسكوبات الراديوية إلى زيادة احتمالية أن يحتاج المنظرون إلى مراجعة “النموذج القياسي” الذي يصف الطبيعة الأساسية للكون.

سمحت قياسات المسافة الجديدة لعلماء الفلك بتنقيح حساباتهم لثابت هابل ، ومعدل توسع الكون ، وهي قيمة مهمة لاختبار النموذج النظري الذي يصف تكوين الكون وتطوره. تكمن المشكلة في أن القياسات الجديدة تؤدي إلى تفاقم التباين بين القيم التي تم قياسها مسبقًا لثابت هابل والقيمة التي توقعها النموذج عند تطبيقها على قياسات الخلفية الكونية الميكروية التي قام بها القمر الصناعي بلانك.

“نجد أن المجرات أقرب مما تنبأ به النموذج القياسي لعلم الكونيات ، مما يؤيد مشكلة تم تحديدها في أنواع أخرى من قياسات المسافة. كان هناك جدل حول ما إذا كانت هذه المشكلة تكمن في النموذج نفسه أو في القياسات المستخدمة لاختباره. قال جيمس براتز ، من المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي ، إن العمل يستخدم تقنية قياس المسافة المستقلة تمامًا عن غيرها ، ونحن نعزز التفاوت بين القيم المقاسة والمتوقعة. من المرجح أن النموذج الكوني الأساسي المتضمن في التنبؤات هو المشكلة (NRAO).

يقود براتز مشروع Megamaser Cosmology ، وهو جهد دولي لقياس ثابت هابل من خلال إيجاد المجرات ذات الخصائص المحددة التي تؤدي إلى تحقيق مسافات هندسية دقيقة. استخدم المشروع صفيف خط الأساس الطويل جدًا التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم (VLBA) ، وصفيف Karl G. Jansky Large Large Array (VLA) ، وتلسكوب روبرت سي بيرد جرين بانك (GBT) ، جنبًا إلى جنب مع تلسكوب إيفلسبرغ في ألمانيا. أبلغ الفريق عن أحدث نتائجهم في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.

إدوين هابل ، الذي سمي بعده تلسكوب هابل الفضائي ، قام أولاً بحساب معدل تمدد الكون (ثابت هابل) في عام 1929 عن طريق قياس المسافات إلى المجرات وسرعات انحسارها. كلما زادت مسافة المجرة ، زادت سرعة ركودها من الأرض. واليوم ، يظل ثابت هابل خاصية أساسية لعلم الكونيات في الملاحظة ومحورًا للعديد من الدراسات الحديثة.

قياس سرعات انحسار المجرات أمر بسيط نسبيًا. ومع ذلك ، كان تحديد المسافات الكونية مهمة صعبة بالنسبة لعلماء الفلك. بالنسبة للأجسام الموجودة في مجرتنا درب التبانة ، يمكن للفلكيين الحصول على مسافات من خلال قياس التحول الظاهر في موضع الجسم عند عرضه من الجوانب المقابلة لمدار الأرض حول الشمس ، وهو تأثير يسمى اختلاف المنظر. جاء أول قياس لمسافة اختلاف النجم في عام 1838.

أبعد من مجرتنا ، فإن اختلاف المنظر صغير جدًا بحيث لا يمكن قياسه ، لذلك اعتمد الفلكيون على أشياء تسمى “الشموع القياسية” ، سميت بهذا الاسم نظرًا لافتراض سطوعها الجوهري. يمكن حساب المسافة إلى كائن ذي سطوع معروف بناءً على مدى تعتيم الكائن من الأرض. تتضمن هذه الشموع القياسية فئة من النجوم تسمى متغيرات Cepheid ونوع محدد من الانفجار النجمي يسمى Supernova .

طريقة أخرى لتقدير معدل التمدد تتضمن مراقبة النجوم الزائفة ( quasars ) البعيدة التي ينحني ضوءها من خلال تأثير الجاذبية لمجرة الأمامية إلى صور متعددة. عندما يتغير سطوع النجم الزائف ، يظهر التغيير في الصور المختلفة في أوقات مختلفة. ينتج عن قياس هذا الفارق الزمني ، إلى جانب حسابات هندسة الانحناء الضوئي ، تقديرًا لمعدل التوسع.

أنتجت تحديدات ثابت هابل استنادًا إلى الشموع القياسية و النجوم الزائفة ذات العدسات الجاذبة أرقامًا تتراوح من 73 إلى 74 كيلومترًا في الثانية (السرعة) لكل ميجابكسل (المسافة في الوحدات التي يفضلها الفلكيون).

ومع ذلك ، فإن تنبؤات ثابت هابل من النموذج الكوني القياسي عند تطبيقه على قياسات الخلفية الميكروية الكونية (CMB) – الإشعاع المتبقي من الانفجار الكبير – تنتج قيمة 67.4 ، فرق كبير ومثير للقلق. هذا الاختلاف الذي يقول علماء الفلك أنه يتجاوز الأخطاء التجريبية في الملاحظات ، له آثار خطيرة على النموذج القياسي.

يُطلق على النموذج Lambda Cold Dark Matter ، أو Lambda CDM ، حيث تشير “Lambda” إلى ثابت آينشتاين الكوني وهو يمثل الطاقة المظلمة. يقسم النموذج تكوين الكون بشكل رئيسي بين المادة العادية والمادة المظلمة والطاقة المظلمة ، ويصف كيف تطور الكون منذ الانفجار الكبير.

يركز مشروع علم الكونيات Megamaser على المجرات التي تحتوي على أقراص من الغاز الجزيئي الحامل للماء تدور حول الثقوب السوداء الهائلة في مراكز المجرات. إذا تم رؤية القرص المداري على حافة القرص تقريبًا من الأرض ، فيمكن استخدام البقع الساطعة للانبعاث الراديوي ، والتي يطلق عليها الماسرات – النظير اللاسلكي إلى أشعة الليزر المرئية – لتحديد الحجم الفعلي للقرص ومدى الزاوية ، وبالتالي ، من خلال الهندسة بعدها. يستخدم فريق المشروع مجموعة عالمية من التلسكوبات الراديوية لإجراء القياسات الدقيقة المطلوبة لهذه التقنية.

في أحدث أعمالهم ، قام الفريق بتحسين قياسات المسافة إلى أربع مجرات ، على مسافات تتراوح من 168 مليون سنة ضوئية إلى 431 مليون سنة ضوئية. بالاقتران مع قياسات المسافة السابقة لمجرتين أخريين ، أنتجت حساباتهما قيمة ثابت هابل البالغة 73.9 كيلومترًا في الثانية لكل ميجابارسك.

“إن اختبار النموذج القياسي لعلم الكون هو مشكلة صعبة للغاية وتتطلب أفضل القياسات على الإطلاق لثابت هابل. يشير التناقض بين القيم المتوقعة والمقيسة لثابت هابل إلى واحدة من أكثر المشاكل الأساسية في جميع الفيزياء ، لذلك قال دوم بيسى ، الباحث في مركز الفيزياء الفلكية هارفارد وسميثسونيان ، والمؤلف الرئيسي في أحدث ورقة. ، “نود أن يكون لدينا قياسات متعددة ومستقلة تؤكد المشكلة وتختبر النموذج. طريقتنا هندسية ومستقلة تمامًا عن جميع النماذج الأخرى ، وهي تعزز التناقض”.

قال مارك ريد من مركز الفيزياء الفلكية | هارفارد وسميثسونيان ، وعضو في فريق مشروع Cosmology Cosmology. “إن طريقة الماسر لقياس معدل تمدد الكون أنيقة ، وخلافًا للآخرين ، بناءً على الهندسة. من خلال قياس المواضع الدقيقة للغاية وديناميكيات بقع الماسر في قرص التنامي المحيط بالثقب الأسود البعيد ، يمكننا تحديد المسافة إلى المجرات المضيفة ثم معدل التمدد. نتاجنا من هذه التقنية الفريدة يعزز حالة مشكلة رئيسية في علم الكونيات المراقبة. ”

قال براتز: “إن قياسنا لثابت هابل قريب جدًا من القياسات الحديثة الأخرى ، ويختلف إحصائيًا عن التنبؤات القائمة على CMB والنموذج الكوني القياسي. جميع المؤشرات تشير إلى أن النموذج القياسي يحتاج إلى مراجعة”.

لدى علماء الفلك طرق مختلفة لتعديل النموذج لحل التناقض. بعض هذه تشمل الافتراضات المتغيرة حول طبيعة الطاقة المظلمة ، والابتعاد عن ثابت آينشتاين الكوني. ينظر البعض الآخر إلى التغييرات الأساسية في فيزياء الجسيمات ، مثل تغيير أعداد أو أنواع النيوترينوات أو احتمالات التفاعل بينها. هناك إمكانيات أخرى ، أكثر غرابة ، وفي الوقت الحالي ليس لدى العلماء دليل واضح على التمييز بينهم.

قال بيسى “هذه حالة كلاسيكية للتفاعل بين الملاحظة والنظرية. لقد نجح نموذج Lambda CDM بشكل جيد لسنوات ، ولكن من الواضح الآن أن الملاحظات تشير إلى مشكلة يجب حلها ، ويبدو أن المشكلة تكمن في النموذج .

لمعلومات اكثر :

  •  D. W. Pesce et al. The Megamaser Cosmology Project. XIII. Combined Hubble Constant Constraints, The Astrophysical Journal (2020). من هنا

What do you think?

Comments

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

Loading…

0

دراسة …. الحمض النووي دينيسوفان يؤثر على الجهاز المناعي لسكان أوقيانوسيا المعاصرين

اختبار عن شخصيتك يشرح كيف قد ترى الاشياء لأول مرة