ثابت هابل في مأزق: اكتشافات جديدة لتوسع الكون تتحدى النظريات السائدة!

فيزياء جديدة للكون: اكتشافات مثيرة بفضل تحسين مقياس هابل

أثناء تصفحي لموقع وكالة ناسا الفضائية، عثرت على خبر مثير للاهتمام بعنوان "Improved Hubble Yardstick Gives Fresh Evidence for New Physics in the Universe" (مقياس هابل المحسّن يقدم دليلًا جديدًا على وجود فيزياء جديدة في الكون). يلخص المقال اكتشافات جديدة حول الكون، تشمل تغير قيمة ثابت هابل، وتسارع التوسع الكوني بشكل كبير، وتفاعل المادة المظلمة مع المادة العادية، وتغيرات في محتويات الكون المبكر، وتناقضات في النماذج النظرية.

أهم النقاط المذكورة في المقال

• تغير قيمة ثابت هابل: اكتشف العلماء أن الكون يتوسع بسرعة أكبر من المتوقع، مما يشير إلى احتمال وجود فيزياء جديدة.
• تسارع التوسع الكوني: يشير المقال إلى أن الكون يتوسع بوتيرة متسارعة بشكل كبير عن المعتاد، مما يثير تساؤلات حول طبيعة الطاقة المظلمة.
• تفاعل المادة المظلمة: يقترح العلماء أن المادة المظلمة، وهي مادة غير مرئية تشكل جزءًا كبيرًا من الكون، قد تتفاعل مع المادة العادية بشكل أقوى مما كان يُعتقد سابقًا.
• تغيرات في محتويات الكون المبكر: تشير الاكتشافات الجديدة إلى أن محتويات الكون المبكر ربما كانت مختلفة عما نتوقعه، مما يستدعي إعادة النظر في النماذج النظرية.
• تناقضات في النماذج النظرية: يواجه العلماء تحديًا في تفسير هذه الاكتشافات الجديدة في ضوء النماذج النظرية الحالية، مما قد يستدعي تطوير نماذج جديدة.

تفاصيل إضافية من المقال

• اكتشاف هابل الأخير: يؤكد وجود تعارض مقلق يظهر أن الكون يتوسع بسرعة أكبر مما كان متوقعًا.
• تصريح آدم ريس: "المجتمع يتصارع حقًا على فهم معنى هذا التناقض".
• تحسين قياسات المسافات: تم تحليل عدد أكبر من النجوم المتغيرة على مسافات أكبر بعشرة أضعاف في مجرتنا مقارنة بالنتائج السابقة.
• الفرق بين القيمتين: الفرق بين القيمة المقاسة لثابت هابل والقيمة المتوقعة من ملاحظات الكون المبكر هو حوالي 9 في المئة.
• دقة بيانات هابل: بيانات هابل دقيقة للغاية لدرجة أن الفلكيين لا يستطيعون رفض الفجوة بين النتيجتين كأخطاء في أي قياس أو طريقة واحدة.
• تفسيرات محتملة: يقترح ريس بعض التفسيرات المحتملة لعدم التطابق، وكلها مرتبطة بـ 95 في المئة من الكون الذي يحيط به الظلام، بما في ذلك الطاقة المظلمة والإشعاع الداكن والمادة المظلمة.

اقتباسات من المقال

• "من المثير للاهتمام أن النتائج تجبر الفلكيين على التفكير في أنهم قد يرون أدلة على شيء غير متوقع في العمل في الكون."
• "اكتشاف هابل الأخير يؤكد وجود تعارض مقلق يظهر أن الكون يتوسع بسرعة أكبر مما كان متوقعًا من مساره الذي شوهد بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم."
• "قال الباحث الرئيسي وحائز على جائزة نوبل آدم ريس من معهد علوم التلسكوب الفضائي وجامعة جونز هوبكنز في بلتيمور بولاية ماريلاند "المجتمع يتصارع حقا على فهم معنى هذا التناقض"."
• "يوضح هذا الرسم التوضيحي ثلاث خطوات استخدمها علماء الفلك لقياس معدل تمدد الكون (ثابت هابل) إلى دقة لم يسبق لها مثيل، مما قلل مجموع عدم اليقين إلى 2.3 في المائة."

• "دراسة Hubble الأخيرة توضح ان عدد النجوم المتغيرة التي تم تحليلها تصل إلى مسافات اكبر ب10أضعاف في مجرتنا أكثر من نتائج Hubble السابقة."
• "تُستخدم هذه القياسات لحساب سرعة توسع الكون بمرور الوقت وهي قيمة تُعرف باسم ثابت هبل. وتمتد الدراسة الجديدة لفريق وجونز هوبكنز وفريق ريس لتحسين قياسات المسافات إلى المجرات وجدوا ان عدد النجوم التي تم تحليلها إلى مسافات تصل إلى مسافات اكبر ب10أضعاف في الفضاء مقارنة بنتائج هبل السابقة."
• "لكن قيمة ريس تعزز التباين مع القيمة المتوقعة المستمدة من ملاحظات توسع الكون المبكر. هذه القياسات أجريت بواسطة القمر الصناعي Planck التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، والذي يرسم خلفية الموجات الميكروية الكونية، وهي بقايا الانفجار العظيم. الفرق بين القيمتين هو حوالي 9 في المئة. تساعد قياسات هابل الجديدة على تقليل احتمال أن يكون التناقض في القيم مصادفة إلى 1 في 5000."
• "وتوقعت نتائج بلانك أن تبلغ قيمة ثابت هبل 67 كلم في الثانية لكل ميغابارسك (3.3 مليون سنة ضوئية)، ولا يمكن أن تكون أعلى من 69 كيلومتر في الثانية لكل ميغابارسك. وهذا يعني أنه بالنسبة لكل 3.3 مليون سنة ضوئية، فإن مجرة ​​ما تكون بعيدة عنا، فهي تتحرك بسرعة 67 كيلومترًا في الثانية. لكن فريق ريس قاس قيمة 73 كيلومترًا في الثانية لكل ميغابارسيك، مما يشير إلى أن المجرات تتحرك بمعدل أسرع مما تشير إليه ملاحظات الكون المبكر."
• "إن بيانات هابل دقيقة للغاية لدرجة أن الفلكيين لا يستطيعون رفض الفجوة بين النتيجتين كأخطاء في أي قياس أو طريقة واحدة. لقد تم اختبار كلتا النتيجتين بطرق متعددة، لذلك باستثناء سلسلة من الأخطاء غير ذات الصلة أوضح ريس، من المرجح بشكل متزايد أن هذا ليس خطأ بل سمة للكون."
• "وقدم ريس (شارك Riess جائزة نوبل لاكتشاف عام 1998 للكون المتسارع.) بعض التفسيرات المحتملة لعدم التطابق، وكلها مرتبطة بـ 95 في المئة من الكون الذي يحيط به الظلام. أحد الاحتمالات هو أن الطاقة المظلمة، المعروفة بالفعل بتسريع الكون، قد تدفع المجرات بعيداً عن بعضها البعض بقوة أكبر أو متنامية. هذا يعني أن التسارع نفسه قد لا يكون له قيمة ثابتة في الكون ولكنه يتغير بمرور الزمن في الكون."
• "فكرة أخرى هي أن الكون يحتوي على جسيمات دون ذرية جديدة تسير بالقرب من سرعة الضوء. تسمى هذه الجسيمات السريعة بشكل جماعي "الإشعاع الداكن" وتتضمن جسيمات معروفة سلفًا مثل النيوترينو، والتي يتم إنشاؤها في التفاعلات النووية والتحلل الإشعاعي. على عكس النيوترينو الطبيعي، الذي يتفاعل مع قوة دون ذرية، فإن هذا الجسيم الجديد سيتأثر فقط بالجاذبية ويطلق عليه اسم "نيوترينو معقم"."
• "وهناك إمكانية أخرى جذابة تتمثل في أن المادة المظلمة (وهي شكل غير مرئي من المادة لا يتكون من بروتونات ونيوترونات وإلكترونات) تتفاعل بقوة أكبر مع المادة العادية أو الإشعاع مما كان مفترضًا في السابق."
• "أي من هذه السيناريوهات سيغير محتويات الكون المبكر، مما يؤدي إلى تناقضات في النماذج النظرية. هذه التناقضات يمكن أن تؤدي إلى قيمة غير صحيحة لثابت هبل، مستنتج من ملاحظات الكون الشاب. هذه القيمة ستكون على خلاف مع الرقم المستمد من مشاهدات هابل."
• "لا يملك ريس وزملاؤه أي إجابات حتى الآن لهذه المشكلة المزعجة، لكن فريقه سيستمر في العمل على ضبط معدل التوسع في الكون. حتى الآن، خفض فريق ريس درجة عدم اليقين إلى 2.3 في المائة. قبل إطلاق هابل في عام 1990"

خلاصة

الاكتشافات الجديدة التي تم تسليط الضوء عليها في هذا المقال تمثل تحديًا مثيرًا لعلماء الكونيات، وقد تؤدي إلى فهم أعمق لطبيعة الكون وقوانين الفيزياء التي تحكمه.

للمزيد من التفاصيل، يمكنك قراءة المقال الأصلي على موقع وكالة ناسا الفضائية:

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/improved-hubble-yardstick-gives-fresh-evidence-for-new-physics-in-the-universe

ملخص بالعربية مع اقتباسات إنجليزية: اكتشافات جديدة حول توسع الكون

عنوان المقال هو: Improved Hubble Yardstick Gives Fresh Evidence for New Physics in the Universe

مقياس هابل المحسّن يقدم دليلًا جديدًا على وجود فيزياء جديدة في الكون

استخدم علماء الفلك تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا لإجراء أدق القياسات لمعدل توسع الكون، المعروف باسم ثابت هابل. النتائج أثارت تساؤلات مثيرة، حيث أشارت إلى أن الكون يتوسع بسرعة أكبر مما كان متوقعًا بناءً على مساره بعد الانفجار العظيم. هذا الاكتشاف قد يدل على وجود "فيزياء جديدة" ("new physics") لم يتم فهمها بعد.

"The community is really grappling with understanding the meaning of this discrepancy," يقول آدم ريس، الباحث الرئيسي وحائز على جائزة نوبل. هذا التناقض يشير إلى أن هناك شيئًا مفقودًا في نماذجنا الحالية للكون.

الفريق البحثي قام بتحسين قياسات المسافات إلى المجرات باستخدام النجوم كعلامات، مما ساعد في حساب سرعة توسع الكون. "Those measurements are used to calculate how fast the universe expands with time, a value known as the Hubble constant." ومع ذلك، قيمة ثابت هابل التي تم قياسها تتعارض مع القيمة المتوقعة المستمدة من ملاحظات الكون المبكر بعد 378,000 سنة من الانفجار العظيم، والتي تم قياسها بواسطة قمر بلانك التابع لوكالة الفضاء الأوروبية. "Planck’s result predicted that the Hubble constant value should now be 67 kilometers per second per megaparsec... But Riess’s team measured a value of 73 kilometers per second per megaparsec, indicating galaxies are moving at a faster rate than implied by observations of the early universe."

الفرق بين القيمتين يبلغ حوالي 9%، وهو ليس مجرد صدفة، حيث أن "The new Hubble measurements help reduce the chance that the discrepancy in the values is a coincidence to 1 in 5,000." ويؤكد ريس أن "Both results have been tested multiple ways, so barring a series of unrelated mistakes... it is increasingly likely that this is not a bug but a feature of the universe."

يقترح ريس بعض التفسيرات المحتملة لهذا التناقض، والتي ترتبط بالطاقة المظلمة والمادة المظلمة والإشعاع الداكن. "One possibility is that dark energy, already known to be accelerating the cosmos, may be shoving galaxies away from each other with even greater — or growing — strength." كما يطرح فكرة وجود جسيمات دون ذرية جديدة تسير بسرعة الضوء ("dark radiation")، أو أن المادة المظلمة تتفاعل بقوة أكبر مع المادة العادية مما كان يُفترض سابقًا. "Yet another attractive possibility is that dark matter... interacts more strongly with normal matter or radiation than previously assumed."  

أي من هذه السيناريوهات سيغير محتويات الكون المبكر، مما يؤدي إلى تناقضات في النماذج النظرية. "Any of these scenarios would change the contents of the early universe, leading to inconsistencies in theoretical models."

فريق SH0ES يسعى لتقليل حالة عدم اليقين في قياس معدل التوسع، وقد وصلوا بالفعل إلى دقة 2.3%. "So far, Riess’s team... has decreased the uncertainty to 2.3 percent." يستخدمون "سلم المسافات الكونية" ("cosmic distance ladder") ونجوم متغيرة قيفاوية ("Cepheid variables") ومستعرات عظمى من النوع Ia ("Type Ia supernovae") كعلامات لقياس المسافات الكونية. "Among the most reliable for shorter distances are Cepheid variables, pulsating stars that brighten and dim at rates that correspond to their intrinsic brightness."

الهدف النهائي هو فهم سبب هذا التناقض بشكل كامل. "The team’s goal is to further reduce the uncertainty by using data from Hubble and the European Space Agency’s Gaia space observatory... This precision is what it will take to diagnose the cause of this discrepancy," كما يقول كاسيرتانو.