دراسة: القيم المتضاربة لثابت هابل ليست بسبب خطأ في القياس

أجرى علماء الفلك قياسات جديدة لـ ثابت هابلوهو مقياس لمدى سرعة توسع الكون، من خلال الجمع بين البيانات من تلسكوب هابل الفضائي وتلسكوب جيمس ويب الفضائي. وأكدت نتائجهم دقة قياسات هابل السابقة لقيمة الثابت، بحسب ما توصلوا إليه المادة الأخيرة نُشرت في مجلة The Astrophysical Journal Letters، مع ما يترتب على ذلك من آثار على تناقض طويل الأمد بين القيم التي تم الحصول عليها من خلال طرق الرصد المختلفة المعروفة باسم “توتر هابل”.

كان هناك وقت اعتقد فيه العلماء أن الكون ثابت، لكن ذلك تغير مع نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين. نشر ألكسندر فريدمان مجموعة من المعادلات التي توضح أن الكون قد يتوسع بالفعل في عام 1922، وقام جورج ليميتر لاحقًا بعمل اشتقاق مستقل للوصول إلى نفس النتيجة. وأكد إدوين هابل هذا التوسع ببيانات الرصد في عام 1929. وقبل ذلك، حاول أينشتاين تعديل النسبية العامة بإضافة ثابت كوني من أجل الحصول على كون ثابت من نظريته؛ بعد اكتشاف هابل تقول الأسطورةووصف هذا الجهد بأنه أكبر خطأ.

كما ذكرنا سابقًا، فإن ثابت هابل هو مقياس لتوسع الكون معبرًا عنه بالكيلومترات في الثانية لكل ميجابارسيك. وهكذا، في كل ثانية، يتوسع كل مليون فرسخ فلكي من الكون بمقدار عدد معين من الكيلومترات. هناك طريقة أخرى للنظر إلى هذا وهي النظر إلى جسم ثابت نسبيًا يقع على بعد مليون فرسخ فلكي: في كل ثانية يتحرك على بعد عدة كيلومترات.

كم عدد الكيلو مترات؟ هذه هي المشكلة هنا. هناك ثلاث طرق يستخدمها العلماء لقياس ثابت هابل: مراقبة الأجسام القريبة لمعرفة مدى سرعة حركتها، وموجات الجاذبية الناتجة عن تصادم الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية، وقياس الفجوات الصغيرة في شفق الانفجار الكبير، المعروف باسم الانفجار العظيم. الخلفية الكونية الميكروية (CMB). ومع ذلك، أدت الطرق المختلفة إلى قيم مختلفة. على سبيل المثال، أدى تتبع المستعرات الأعظمية البعيدة إلى إنتاج قيمة تبلغ 73 كيلومترًا في الثانية Mpc، بينما أنتجت قياسات الإشعاع CMB باستخدام القمر الصناعي بلانك قيمة قدرها 67 كيلومترًا في الثانية Mpc.

في العام الماضي، أجرى الباحثون قياسًا مستقلًا ثالثًا لتوسع الكون من خلال تتبع سلوك المستعر الأعظم ذي العدسات الجاذبية، حيث يعمل تشويه الزمكان الناجم عن جسم ضخم مثل العدسة لتكبير جسم ما في الخلفية. تم العثور على أفضل تناسب لهذه النماذج أقل بقليل من قيمة ثابت هابل المشتق من الإشعاع CMB، والفرق يقع ضمن الخطأ الإحصائي. وكانت القيم الأقرب إلى تلك المستمدة من قياسات المستعرات الأعظمية الأخرى أكثر ملاءمة للبيانات. هذه الطريقة جديدة، مع قدر كبير من عدم اليقين، ولكنها توفر طريقة مستقلة للحصول على ثابت هابل.

كتب جون تيمر، رئيس تحرير آرس ساينس: “لقد قمنا بقياسها باستخدام المعلومات الموجودة على الخلفية الكونية الميكروية وحصلنا على قيمة”. “وقمنا بقياسها باستخدام المسافة الظاهرية للأجسام الموجودة في الكون الحالي وحصلنا على قيمة تختلف بحوالي 10 بالمائة. وبقدر ما يمكن لأي شخص أن يقول، لا يوجد شيء خاطئ في أي من هذه القياسات، ولا توجد طريقة واضحة للقيام بذلك إحدى الفرضيات هي أن الكون المبكر تعرض لفترة وجيزة لنوع من “الركلة” بسبب الجاذبية التنافرية (على غرار فكرة الطاقة المظلمة) والتي تلاشت بعد ذلك بشكل غامض واختفت. لكن هذه تظل فكرة تأملية، وإن كانت مثيرة للاهتمام. واحد للفيزيائيين.

ويستند هذا الإجراء الأخير على تأكيد العام الماضي بناءً على بيانات ويب، كانت قياسات هابل لمعدل التوسع دقيقة، على الأقل بالنسبة إلى “الدرجات” الأولى من “سلم المسافة الكونية”. ولكن لا يزال هناك احتمال لحدوث أخطاء لم يتم اكتشافها من قبل، والتي يمكن أن تتزايد عندما ننظر بشكل أعمق (وبالتالي إلى الوراء في الزمن) إلى الكون، وخاصة بالنسبة لقياسات سطوع النجوم البعيدة.

لذلك قام فريق جديد بإجراء ملاحظات إضافية للنجوم القيفاوية المتغيرة – ما مجموعه 1000 في خمس مجرات مضيفة تمتد إلى 130 مليون سنة ضوئية – وربطها ببيانات هابل. تلسكوب ويب قادر على رؤية ما وراء الغبار البينجمي الذي جعل صور هابل الخاصة لهذه النجوم أكثر ضبابية وتداخلًا، لذلك يمكن لعلماء الفلك التمييز بين النجوم الفردية بسهولة أكبر.

وأكدت النتائج كذلك دقة بيانات هابل. “لقد قمنا الآن بتغطية النطاق الكامل لما لاحظه هابل، ويمكننا أن نستبعد خطأ القياس كسبب لإجهاد هابل بثقة عالية جدًا.” قال المؤلف المشارك وقائد الفريق آدم ريس، فيزيائي في جامعة جونز هوبكنز. “إن الجمع بين Webb وHubble يمنحنا أفضل ما في العالمين. نجد أن قياسات Hubble تظل موثوقة مع تقدمنا ​​​​إلى أعلى مقياس المسافة الكونية. وبمجرد إلغاء أخطاء القياس، فإن هذا ما يتبقى هو الاحتمال الحقيقي والمثير بأننا لقد أساءوا فهم الكون.”

رسائل من مجلة الفيزياء الفلكية، 2024. DOI: 10.3847/2041-8213/ad1ddd (حول معرفات الهوية الرقمية).