الفلك

كيف يتسارع تمدد الكون إذا كان ثابت هابل يتناقص؟

كيف يتسارع تمدد الكون إذا كان ثابت هابل يتناقص؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لقد دخلت للتو في مجال علم الكونيات وكنت أتساءل عما يعنيه عمليًا أن نقول إن ثابت هابل يتناقص بينما يتسارع معدل تمدد الكون. لست متأكدًا من مدى إمكانية حدوث هذه الظاهرة. كيف نلاحظ هذا؟

أفهم أن ثابت هابل هو المعدل الذي يتوسع فيه الكون ، وهو يتناقص بمرور الوقت. (على الرغم من أنه مقارب) ... هل هذا المفهوم معيب؟


يتم تعريف معامل هابل على أنه معدل تغير المسافة بين نقطتين في الكون ، مقسومًا على المسافة بين هاتين النقطتين. يصبح معامل هابل أصغر لأن المقام يكبر بسرعة أكبر من البسط.

في المستقبل ، قد ينتج عن الثابت الكوني $ Lambda $ توسع أسي مع مرور الوقت. يوضح لك جزء بسيط من الرياضيات أن معلمة هابل هي ثابت هابل فقط للتوسع الأسي.

على سبيل المثال ، افترض أن $ H (t) = (da (t) / dt) / a (t) $ ، حيث $ a (t) $ هي المسافة بين نقطتين اعتباطيتين في الكون في epoch $ t $. الآن لنحصل على معدل توسع $ da / dt propto t $ (أي تسريع). لكن في هذه الحالة $ a (t) propto t ^ 2 $ و $ H (t) propto t ^ {- 1} $ (أي يتناقص مع الوقت).

بعض التفاصيل الإضافية:

حل معادلة فريدمان في الكون المسطح هو $$ H ^ 2 = frac {8 pi G} {3} rho + frac { Lambda} {3} ، $$ حيث $ rho $ هو كثافة المادة (بما في ذلك المادة المظلمة) و $ Lambda $ هو الثابت الكوني.

مع توسع الكون ، يتناقص $ rho $ بالطبع بمقدار $ a (t) ^ {- 3} $ ، لكن $ Lambda $ يظل ثابتًا. وهكذا يصبح المصطلح الأول في RHS غير مهم إذا كان $ Lambda $ بالفعل ثابتًا كونيًا.

وبالتالي فإن "ثابت" هابل يتناقص فعليًا من قيمته الحالية $ H_0 $ ويميل بشكل مقارب نحو $ H = sqrt { Lambda / 3} $ حيث يميل الوقت نحو اللانهاية.


يتعلق الأمر حقًا بما تعرفه بالتوسع المتسارع.

عادة ما يؤخذ التوسع المتسارع على أنه يعني أن المشتق الأول لعامل المقياس $ a '(t) $ آخذ في الازدياد. ومع ذلك ، يتم إعطاء معلمة هابل بواسطة:

$$ H equiv frac {a '(t)} {a (t)} $$

كما هو الحال في توسيع Universe $ a (t) $ آخذ في الازدياد ، فمن الممكن أن يتزايد $ a '(t) $ ، بينما يتناقص $ H $.

أفترض أنه يمكن المجادلة بأن زيادة $ H $ (أي نوع من سيناريو الطاقة الوهمية) هو ما يجب أن نحتفظ به حقًا بمصطلح "التوسع المعجل. على سبيل المثال ، يمكنك المجادلة بأن de Sitter Universe حيث $ H $ ثابت ، وبالتالي أيضًا أي كون يتناقص فيه $ H $ ، لا ينبغي وصفه على أنه "توسع متسارع" ، حيث لا يوجد فرق فعلي بين التوسع في وقت ما $ t $ وبعض الوقت اللاحق. ومع ذلك فإننا لا اذهب مع هذا التعريف.


قانون هابل هو مجرد تقريب للمقاييس "الصغيرة". عندما تبحث عن مقاييس كبيرة يكون عامل المقياس مثل

$$ a (t) = أ (t_0) [1 + H_0 (t-t_0) +… +] $$

إذن ، لديك مساهمات أخرى في عامل القياس ، والتي تؤثر على قيمة معامل هابل.

إذن ، هذه المعلمة ليست معامل زاوي للخط. إذا كان الأمر كذلك ، فإن الحاجة المستمرة إلى الزيادة في كون متسارع. بما أن هذا القانون مجرد تقريب ، فهذا ليس ضروريًا.


تبدأ كل هذه الإجابات بالصيغة وتقول بالتالي H_0 دولار ينخفض ​​، لكني أعتقد أن لدي تفسيرًا أكثر سهولة:

إذا تخيلت أن الكون عبارة عن شريط مطاطي مستقيم مفتوح ، وتمدد الكون بعلامات (المجرات) على الشريط ، وقلت أن أحد طرفيه ثابت (هذا نحن) ، ثم المعدل الذي تتحرك به كل مجرة ​​بعيدًا منا يتناسب مع شيئين: مدى سرعة تمدد الشريط المطاطي ، وجزء المسافة على طول الشريط المطاطي بالكامل - لماذا تتحرك المجرات البعيدة بشكل أسرع.

ثم يمكنك أن تتخيل أنه بحلول الوقت الذي تصبح فيه مجرة ​​على بعد نفس المسافة التي كانت عليها مجرة ​​أخرى من قبل ، يمكن أن يتسارع تمدد الكون ويزداد طول النطاق بشكل أسرع ، ولكن الآن المسافة إلى المجرة أصغر بكثير جزء من الطول الكلي للشريط المطاطي - وبالتالي ، اعتمادًا على وظيفة الوقت التي تعطي طول الخيط ، يمكن أن يتضاعف هذان العاملان لإعطاء سرعة مجرة ​​على مسافة معينة تتناقص.

ومن ثم فإن v =H_0 دولارد، H_0 دولار النقصان.


لذا فإن "ثابت" هابل كان ولا يزال يتقلص منذ بداية الزمن. تبلغ سرعته حوالي 70 كم / ث / م ب ث ويتوقف عند حوالي 60 أو "H = Λ / 3". أصبح أصغر بمعدل أبطأ في الأصل لأن كثافة المادة في الكون تتناقص بشكل أبطأ ولكن الآن انخفض معدل تباطؤ H أكثر لأن الكون يشعر بالتسارع مع هيمنة الطاقة المظلمة. "تسريع التوسع اليوم يعني فقط أن معامل هابل يتناقص بسرعة أقل من ذي قبل. لكنه لا يزال يتناقص." في النهاية سيصل التسارع إلى الذروة وسيكون H ثابتًا. تمت إعادة صياغة هذا من مجموعة الفيزياء ، لذلك لا أريد الحصول على الائتمان ، الذي يحتوي على تفسير أوضح بكثير مما هو موضح أعلاه ، لكن التفاصيل أعلاه لا تزال تثقيفية.

المصدر https://www.physicsforums.com/threads/why-is-the-hubble-sphere-expanding.616551/


26.5: الكون المتوسع

  • بمساهمة من Andrew Fraknoi و David Morrison و amp Wolff et al.
  • مصدره OpenStax

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على:

  • صِف اكتشاف المجرات التي تبتعد عن بعضها مع تطور الكون
  • شرح كيفية استخدام قانون Hubble & rsquos لتحديد المسافات إلى المجرات البعيدة
  • وصف نماذج لطبيعة الكون المتوسع
  • اشرح الاختلاف في ثابت هابل ورسكووس

نأتي الآن إلى أحد أهم الاكتشافات التي تم إجراؤها على الإطلاق في علم الفلك و [مدش] حقيقة أن الكون يتوسع. قبل أن نصف كيف تم الاكتشاف ، يجب أن نشير إلى أن الخطوات الأولى في دراسة المجرات جاءت في وقت كانت فيه تقنيات التحليل الطيفي أيضًا تخطو خطوات كبيرة. يمكن لعلماء الفلك الذين يستخدمون تلسكوبات كبيرة تسجيل طيف نجم أو مجرة ​​باهتة على لوحات فوتوغرافية ، وتوجيه تلسكوباتهم حتى يظلوا موجهين إلى نفس الجسم لعدة ساعات ويجمعون المزيد من الضوء احتوت أطياف المجرات الناتجة على ثروة من المعلومات حول تكوين المجرة وسرعات هذه الأنظمة النجمية العظيمة.


يتوسع الكون بسرعة مذهلة

يقترح بحث جديد أن الكون يتوسع حقًا بشكل أسرع مما كان يعتقده العلماء.

ربط علماء الفلك معدل التوسع الحالي للكون - وهي قيمة تُعرف باسم ثابت هابل ، بعد عالم الفلك الأمريكي إدوين هابل - بنحو 44.7 ميلًا (71.9 كيلومترًا) في الثانية لكل ميجا فرسخ. (تبلغ مساحة الميغا فرسك حوالي 3.26 مليون سنة ضوئية).

يتوافق هذا الرقم المشتق حديثًا مع الحساب الذي تم الإعلان عنه العام الماضي من قبل فريق بحث مختلف بقيادة آدم ريس الحائز على جائزة نوبل. لكنها أعلى بكثير من المعدل الذي تم تقديره من قبل بعثة القمر الصناعي بلانك التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية في عام 2015 - حوالي 41.6 ميلاً (66.9 كيلومترًا) في الثانية لكل ميجا فرسخ. [بالصور: النجوم الزائفة والكون المتوسع]

قال العلماء إن سبب هذا التناقض غير واضح في الوقت الحالي. ومع ذلك ، قد توفر الأنواع المختلفة من البيانات التي تم تحليلها بواسطة هذه المجموعات المختلفة دليلًا.

للوصول إلى التقدير الجديد ، قام فريق البحث - بقيادة شيري سويو من معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية في ألمانيا و Fr & eacuted & eacuteric Courbin من & Eacutecole Polytechnique F & eacuted & eacuterale de Lausanne في سويسرا - بدراسة كيف أن المجرات القريبة الضخمة تشوه الضوء المتدفق من بعيد ، فائق السطوع النوى المجرية المعروفة باسم الكوازارات. استخدم Suyu و Courbin وزملاؤهم تلسكوب Hubble Space Telescope و Spitzer Space Telescope التابع لناسا ، بالإضافة إلى عدد من الأدوات الأرضية ، للقيام بهذا العمل.

وقال كوربين في بيان: "طريقتنا هي الطريقة الأبسط والأكثر مباشرة لقياس ثابت هابل ، لأنها تستخدم فقط الهندسة والنسبية العامة - ولا توجد افتراضات أخرى".

قام ريس وفريقه بتحليل ملاحظات هابل لنوعين مختلفين من "المقاييس الكونية" - المستعرات الأعظمية من النوع Ia (انفجارات نجمية ذات لمعان ثابت) ونجوم Cepheid ، والتي تنبض بمعدلات مرتبطة بسطوعها الحقيقي.

ومع ذلك ، فإن رقم بلانك هو إسقاط يعتمد على قياسات المركبة الفضائية لخلفية الميكروويف الكونية - الضوء المتبقي من الانفجار العظيم الذي خلق الكون منذ 13.82 مليار سنة.

قال العلماء إن الاختلافات في تقديرات ثابت هابل قد تعكس شيئًا لا يفهمه علماء الفلك عن الكون المبكر ، أو شيئًا تغير منذ تلك الحقبة الطويلة. على سبيل المثال ، من المحتمل أن تكون الطاقة المظلمة - القوة الغامضة التي يُعتقد أنها تقود التوسع المتسارع للكون - قد نمت بقوة على مر العصور ، كما قال أعضاء فريق ريس العام الماضي. [7 أشياء مدهشة عن الكون]

قد يشير التناقض أيضًا إلى أن المادة المظلمة - المادة الغريبة وغير المرئية التي يعتقد علماء الفلك أنها تفوق إلى حد كبير المادة "الطبيعية" في جميع أنحاء الكون - لها خصائص لم يتم تقديرها بعد ، أو أن نظرية أينشتاين في الجاذبية بها بعض الثقوب ، أضافوا.

قال Suyu في نفس البيان: "معدل تمدد الكون بدأ الآن يقاس بطرق مختلفة وبدقة عالية لدرجة أن التناقضات الفعلية قد تشير إلى فيزياء جديدة تتجاوز معرفتنا الحالية بالكون".

قدم Suyu و Courbin وزملاؤهم نتائجهم في سلسلة من خمس ورقات سيتم نشرها في مجلة الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.


كيف يتسارع تمدد الكون إذا كان ثابت هابل يتناقص؟ - الفلك

هل يمكنك أن تعطيني السرعة الدقيقة للكون حتى الآن من فضلك؟

المعلمة المستخدمة لوصف مدى سرعة توسع الكون هي ثابت هابل (الذي يخبرنا بمدى سرعة تحرك الأجسام بعيدًا عنا كدالة للمسافة). من الناحية التاريخية ، كان هناك الكثير من الجدل حول القيمة الدقيقة لثابت هابل ، ولكن نظرًا لأن التقنيات التجريبية قد حسنت الإجماع على قيمة 70 كم / ثانية لكل ميجابارسك (3.26 مليون سنة ضوئية) ، فقد اتفقت جميع التجارب الحديثة بشكل أساسي على هذه القيمة.

تتضمن التقنيات المستخدمة لتقدير ثابت هابل النظر إلى الأجسام الفلكية التي نفهم سلوكها ، ومقارنة الملاحظات على مسافات مختلفة منا. بعض الأشياء المستخدمة هي متغيرات Cepheid (النجوم الشابة والكبيرة التي يتغير لمعانها بشكل دوري) ، والمستعرات الأعظمية (انفجار نجم في نهاية حياته) والعناقيد الكروية (مجموعات كثيفة من النجوم القديمة الموجودة في مركز المجرات). نستخدم هذه الأجسام لأننا نحصل على تقدير لمسافاتها ، وهو أمر يصعب جدًا القيام به في علم الفلك. معرفة المسافة والانزياح الأحمر لهذه المجرات (أي مدى سرعتها في الابتعاد) ، وهو أمر يسهل الحصول عليه نسبيًا ، يمكن للفلكيين الحصول على قياس ثابت هابل.

عن المؤلف

اميلي ساينتونج

تعمل أميلي على طرق لاكتشاف إشارات المجرات من خرائط الراديو.


توسع الكون بشكل أسرع مما توقعه العلماء

يبدو أن الكون يتوسع الآن بشكل أسرع مما تنبأت به قياسات المعدل كما شوهد بعد وقت قصير من الانفجار العظيم ، وجدت دراسة قادها عالم من جامعة جونز هوبكنز.

قال آدم ريس الحائز على جائزة نوبل ، الأستاذ توماس جيه باربر وبلومبرج المتميز في قسم الفيزياء وعلم الفلك بجامعة جونز هوبكنز ، إن النتائج التي تم جمعها باستخدام تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا يمكن أن تلقي الضوء على تكوين الكون ، وتثير تساؤلات حول نظرية أينشتاين عن نظرية آينشتاين. الجاذبية.

قال ريس: "قد يكون هذا الاكتشاف المفاجئ دليلًا مهمًا لفهم تلك الأجزاء الغامضة من الكون التي تشكل 95 بالمائة من كل شيء ولا ينبعث منها الضوء ، مثل الطاقة المظلمة والمادة المظلمة والإشعاع المظلم". منتسب إلى معهد علوم تلسكوب الفضاء في بالتيمور. ستظهر الدراسة في العدد القادم من مجلة الفيزياء الفلكية أجراه ريس و 14 مؤلفًا مشاركًا من 11 مؤسسة بحثية ، بما في ذلك جامعة جونز هوبكنز.

قال ريس إن سبب التوسع المتسارع للكون هو أحد الألغاز العظيمة في الفيزياء ، وقد عمل لسنوات على تحسين جودة القياس على أمل الكشف عن دليل. هذه الدراسة جزء من هذا الجهد.

يأخذ العمل الجديد مقياسًا أكثر دقة لمعدل التوسع باستخدام تقنيات جديدة ، بناءً على الأبحاث السابقة التي شارك فيها ريس وعالِمان آخران في جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2011. وكانت النتيجة دقة غير مسبوقة ، مما أدى إلى تقليل عدم اليقين إلى 2.4 بالمائة فقط.

قيمة ثابت هابل المحسّن - قياس سرعة تمدد الكون & # 8212 هو 73.2 كيلومترًا في الثانية لكل حوالي 3 ملايين سنة ضوئية. بعبارة أخرى ، مقابل كل 3.26 مليون سنة ضوئية ، يتمدد الكون بمعدل 73.2 كيلومترًا في الثانية بشكل أسرع. القيمة الجديدة تعني أن المسافة بين الأجسام الكونية ستتضاعف في 9.8 مليار سنة أخرى.

ومع ذلك ، فإن هذا القياس الدقيق يثير تساؤلاً. إنه لا يتطابق مع معدل التمدد المتوقع للكون من مساره الذي شاهده قمر صناعي حديث بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم. أسفرت قياسات الشفق اللاحق من الانفجار العظيم بواسطة بعثة بلانك الفضائية التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية عن تنبؤات أصغر بنسبة 9 في المائة بالنسبة لثابت هابل. الفرق مع قياس بلانك هو 3 إلى 4 أضعاف عدم اليقين ، مما يجعل الفرق مهمًا للغاية.

قال ريس: "بينما كانت هناك شكوك منشورة أثيرت حول دقة بعض بيانات CMB هذه ، المأخوذة بالقيمة الاسمية ، يبدو أننا قد لا نملك الفهم الصحيح ، وهذا يغير الحجم الذي يجب أن يكون عليه ثابت هابل اليوم".

قال تشارلز إل بينيت ، أستاذ بلومبيرج المتميز وأستاذ الفيزياء والفلك الخريجين في جامعة جونز هوبكنز ، والذي لم يكن جزءًا من فريق البحث ، إن الدراسة الجديدة "تجعل القياس المحلي لمعدل توسع الكون أكثر دقة ، وهو أحد القياسات الأساسية في علم الكونيات وكان كذلك منذ عقود. لقد أدى هذا القياس الجديد المهم لمعدل التوسع إلى زيادة حدة التباين مع معدل توسع مهمة بلانك. & # 8221

هناك بعض التفسيرات المحتملة للسرعة المفرطة للكون. الطاقة المظلمة ، المعروفة بالفعل بأنها تسرع الكون ، ربما تدفع المجرات بعيدًا عن بعضها البعض بقوة أكبر - أو متزايدة -. فكرة أخرى هي أن الكون احتوى على جسيم دون ذري جديد في تاريخه المبكر كان ينتقل بسرعة قريبة من سرعة الضوء. يشار إلى هذه الجسيمات السريعة بشكل جماعي باسم "الإشعاع المظلم" وتشمل الجسيمات المعروفة سابقًا مثل النيوترينوات. قد تؤدي المزيد من الطاقة من الإشعاع المظلم الإضافي إلى التخلص من أفضل الجهود للتنبؤ بمعدل التوسع اليوم & # 8217s من مسار ما بعد الانفجار العظيم.

قد يخبر الكون الأسرع أيضًا علماء الفلك أن نظرية أينشتاين في الجاذبية غير مكتملة.

تتوفر النشرات الإخبارية لجامعة جونز هوبكنز على الإنترنت ، وكذلك المعلومات للمراسلين. لترتيب مقابلة فيديو أو صوتية مع أحد خبراء جونز هوبكنز ، اتصل بممثل وسائل الإعلام المذكور أعلاه أو قم بزيارة صفحة الويب الخاصة بالاستوديو الخاص بنا. يمكنك العثور على المزيد من قصص Johns Hopkins على Hub.


الدراسة: الكون يتمدد بسرعة ثابتة

منظر هابل للعنقود المجري Abell 1689. حقوق الصورة: NASA / ESA / Hubble Heritage Team / STScI / AURA / J. Blakeslee ، Dominion Astrophysical Observatory / H. Ford ، JHU.

في التسعينيات ، أبلغت مجموعتان من علماء الفلك عن ملاحظاتهم بأن توسع الكون كان يتسارع على مدار السبعة مليارات سنة الماضية.

استندت استنتاجاتهم إلى تحليل المستعرات الأعظمية من النوع Ia (SN Ia) ، والتي تعتبر ضرورية لدراسات التطور النجمي وتطور المجرات وعلم الكونيات. تُعرف هذه الأجسام باسم "الشموع القياسية" نظرًا لاتساقها ، مما يسمح لعلماء الفلك بقياس المسافات في الكون.

النظرية الأكثر قبولًا على نطاق واسع لشرح التوسع المتسارع للكون هي وجود شكل غريب من الطاقة يسمى "الطاقة المظلمة".

الآن ، شكك فريق بحثي بقيادة جامعة أكسفورد في هذا المفهوم الكوني. باستخدام بيانات من كتالوج 740 SN Ia ، وجد العلماء أن الدليل على التسارع قد يكون أضعف مما كان يعتقد سابقًا ، مع اتساق البيانات مع معدل توسع ثابت.

قال كبير المؤلفين البروفيسور سوبير ساركار ، من جامعة أكسفورد بالمملكة المتحدة ، ومعهد نيلز بور: "إن اكتشاف التوسع المتسارع للكون قد حصل على جائزة نوبل ، وجائزة Gruber Cosmology ، وجائزة Breakthrough Prize في الفيزياء الأساسية". في كوبنهاغن ، الدنمارك.

"لقد أدى ذلك إلى قبول واسع النطاق لفكرة أن الكون يهيمن عليه" الطاقة المظلمة "التي تتصرف مثل الثابت الكوني & # 8211 هذا هو الآن" النموذج القياسي "لعلم الكونيات."

وقال: "ومع ذلك ، توجد الآن قاعدة بيانات أكبر بكثير من المستعرات الأعظمية يمكن على أساسها إجراء تحليلات إحصائية دقيقة ومفصلة".

قام البروفيسور ساركار وزملاؤه بتحليل كتالوج التحليل المشترك Lightcurve لـ 740 SN Ia & # 8212 أكبر بعشر مرات من العينات الأصلية التي استند إليها ادعاء الاكتشاف & # 8212 ووجدوا أن الدليل على التوسع المتسارع هو ، على الأكثر ، ما يسميه علماء الفيزياء "3 سيجما".

قال البروفيسور ساركار: "هذا أقل بكثير من معيار" 5 سيجما "المطلوب للادعاء باكتشاف ذو أهمية أساسية".

هناك بيانات أخرى متاحة تدعم فكرة الكون المتسارع ، مثل معلومات عن الخلفية الكونية الميكروية (CMB) من تلسكوب بلانك الفضائي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية.

قال البروفيسور ساركار: "ومع ذلك ، فإن كل هذه الاختبارات غير مباشرة ، ويتم إجراؤها في إطار نموذج مفترض ، ولا تتأثر CMB بشكل مباشر بالطاقة المظلمة".

"في الواقع ، هناك بالفعل تأثير خفي ، وهو تأثير Sachs-Wolfe الذي تم دمجه مؤخرًا ، لكن هذا لم يتم اكتشافه بشكل مقنع."

"لذلك من الممكن تمامًا أن يتم تضليلنا وأن المظهر الواضح للطاقة المظلمة هو نتيجة لتحليل البيانات في نموذج نظري مفرط التبسيط & # 8211 نموذج تم إنشاؤه في الواقع في الثلاثينيات ، قبل وقت طويل من وجود أي البيانات ، "قال.

"إطار نظري أكثر تعقيدًا يراعي الملاحظة القائلة بأن الكون ليس متجانسًا تمامًا وأن محتوى مادته قد لا يتصرف كغاز مثالي & # 8211 افتراضان رئيسيان لعلم الكونيات القياسي & # 8211 قد يكونان قادرين على حساب جميع الملاحظات دون الحاجة إلى طاقة مظلمة ".

"في الواقع ، طاقة الفراغ شيء لا نفهمه مطلقًا في النظرية الأساسية."

واختتم البروفيسور ساركار حديثه قائلاً: "من الطبيعي أن يكون هناك الكثير من العمل الضروري لإقناع مجتمع الفيزياء بهذا الأمر ، لكن عملنا يوضح أن الركيزة الأساسية للنموذج الكوني القياسي مهزوزة نوعًا ما".

"نأمل أن يحفز هذا تحليلات أفضل للبيانات الكونية ، بالإضافة إلى إلهام المنظرين للتحقيق في المزيد من النماذج الكونية الدقيقة."

تم نشر نتائج الفريق في عدد 21 أكتوبر 2016 من المجلة التقارير العلمية.


تؤكد قياسات هابل الجديدة أن الكون يتوسع بشكل أسرع من المتوقع

أكد علماء الفلك أن القياسات الجديدة من تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا تؤكد أن الكون يتوسع بنسبة 9٪ أسرع من المتوقع بناءً على مساره الذي شوهد بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم.

القياسات الجديدة ، التي نشرت في 25 أبريل في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية، قلل من احتمالية أن يكون التباين مجرد صدفة من 1 في 3000 إلى 1 فقط من كل 100000 ، واقترح أنه قد تكون هناك حاجة إلى فيزياء جديدة لفهم الكون بشكل أفضل.

يقول آدم ريس ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة جونز هوبكنز ، الحائز على جائزة نوبل و قائد المشروع.

في هذه الدراسة ، حلل فريق ريس وفريق SH0ES (Supernovae ، H0 ، لمعادلة الحالة) الضوء من 70 نجمًا في مجرتنا المجاورة ، سحابة ماجلان الكبيرة ، بطريقة جديدة سمحت بالتقاط صور سريعة لهذه النجوم. النجوم ، التي تسمى متغيرات Cepheid ، تضيء وتخفت بمعدلات يمكن التنبؤ بها والتي تستخدم لقياس المسافات القريبة بين المجرات.

الطريقة المعتادة لقياس النجوم تستغرق وقتًا طويلاً بشكل لا يصدق ، حيث يستطيع هابل مراقبة نجم واحد فقط لكل 90 دقيقة حول الأرض. باستخدام طريقتهم الجديدة المسماة DASH (Drift and Shift) ، استخدم الباحثون هابل ككاميرا "صوب والتقط" للنظر إلى مجموعات من Cepheids ، مما يسمح للفريق بمراقبة عشرات من Cepheids في نفس الفترة الزمنية. يستغرق عادة لمراقبة واحدة فقط.

باستخدام هذه البيانات الجديدة ، تمكن ريس وفريقه من تقوية أساس سلم المسافة الكونية ، والذي يستخدم لتحديد المسافات داخل الكون ، وحساب ثابت هابل ، وهو قيمة لمدى سرعة توسع الكون بمرور الوقت.

قام الفريق بدمج قياسات هابل الخاصة بهم مع مجموعة أخرى من الملاحظات ، تم إجراؤها بواسطة مشروع أراوكاريا ، وهو تعاون بين علماء الفلك من مؤسسات في تشيلي والولايات المتحدة وأوروبا. قامت هذه المجموعة بقياسات المسافة إلى سحابة ماجلان الكبيرة من خلال مراقبة تعتيم الضوء بينما يمر نجم واحد أمام شريكه في خسوف أنظمة النجوم الثنائية.

ساعدت القياسات المجمعة فريق SH0ES على تحسين السطوع الحقيقي لـ Cepheids. وبهذه النتيجة الأكثر دقة ، يمكن للفريق بعد ذلك "إحكام براغي" بقية سلم المسافة الذي يستخدم نجومًا متفجرة تسمى المستعرات الأعظمية لتمتد إلى عمق أكبر في الفضاء.

نظرًا لأن قياسات الفريق أصبحت أكثر دقة ، فقد ظل حسابهم لثابت هابل متناقضًا مع القيمة المتوقعة المستمدة من ملاحظات توسع الكون المبكر بواسطة القمر الصناعي بلانك التابع لوكالة الفضاء الأوروبية بناءً على الظروف التي لاحظها بلانك بعد 380 ألف سنة من الانفجار العظيم.

وأوضح ريس أن "هذه ليست مجرد تجربتين مختلفتين". "نحن نقيس شيئًا مختلفًا جوهريًا. أحدهما قياس مدى سرعة توسع الكون اليوم ، كما نراه. والآخر عبارة عن تنبؤ يعتمد على فيزياء الكون المبكر وعلى قياسات مدى السرعة التي يجب أن يتوسع بها . إذا لم تتفق هذه القيم ، فهناك احتمال قوي جدًا بأننا نفتقد شيئًا ما في النموذج الكوني الذي يربط بين العصرين ".

في حين أن ريس ليس لديه إجابة عن سبب وجود هذا التناقض بالضبط ، سيواصل هو وفريق SH0ES ضبط ثابت هابل ، بهدف تقليل عدم اليقين إلى 1٪. أدت هذه القياسات الحديثة إلى انخفاض معدل عدم اليقين في معدل التوسع من 10٪ في عام 2001 إلى 5٪ في عام 2009 والآن إلى 1.9٪ في الدراسة الحالية.


يؤكد هابل من ناسا أن الكون يتوسع بشكل أسرع مما كان متوقعًا: البيانات `` من المستحيل الآن استبعادها على أنها مصادفة ''

يزعم العلماء بعد مراجعة قياسات جديدة من تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا أن الكون يتوسع بشكل أسرع من المتوقع. أظهرت النتائج أن الكون يتوسع بنسبة 9 في المائة أسرع مما ينبغي ، مشيرة إلى أن هناك شيئًا مفقودًا من النماذج الكونية التي تساعد في تفسير ما حدث بعد الانفجار العظيم.

يعرف العلماء أن الكون يتوسع لأن الملاحظات أظهرت أجسامًا بعيدة في الفضاء و [مدش] مثل المجرات و mdashare تتحرك بعيدًا عنا. في عام 2011 ، مُنح آدم ريس ، وساول بيرلماتر ، وبريان بي شميدت جائزة نوبل في الفيزياء لتقديمهم أدلة تثبت أن الكون يتوسع بمعدل متسارع.

ومع ذلك ، كانت هناك مشكلة في حساب معدل التوسع. في عام 2016 ، قالت وكالة ناسا إن الكون يتوسع بنسبة تتراوح بين 6 و 9 في المائة أسرع مما كان متوقعًا. يتعلق التناقض بالمسار المتوقع بعد الانفجار العظيم: "إذا عرفنا الكميات الأولية من الأشياء في الكون ، مثل الطاقة المظلمة والمادة المظلمة ، ولدينا صحة في الفيزياء ، فيمكنك حينئذٍ الانتقال من القياس في بعد وقت قصير من الانفجار العظيم واستخدم هذا الفهم للتنبؤ بالسرعة التي يجب أن يتوسع بها الكون اليوم "، قال ريس في بيان في ذلك الوقت.

اقترحت القياسات والملاحظات من الكون المبكر ، باستخدام القمر الصناعي بلانك التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ، معدلًا معينًا من التوسع المتسارع. ومع ذلك ، فإن البيانات المأخوذة من Hubble & mdash تستخدم لحساب "ثابت هابل" ، وهي وحدة القياس التي تصف معدل تمدد الكون و mdashdash لا تتطابق مع هذا.

في دراسة نشرت في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية، قال ريس وزملاؤه إن فرصة حدوث هذا التفاوت من قبيل الصدفة هي حوالي واحد من كل 100 ألف. قال ريس ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك المتميز في جامعة جونز هوبكنز ، في بلومبرج: "هذا التناقض يتزايد وقد وصل الآن إلى نقطة من المستحيل حقًا اعتبارها صدفة. لم يكن هذا ما توقعناه". تصريح.

"هذه ليست مجرد تجربتين متعارضتين. نحن نقيس شيئًا مختلفًا جوهريًا. الأولى هي قياس مدى سرعة توسع الكون اليوم ، كما نراه. والأخرى عبارة عن تنبؤ يعتمد على فيزياء الكون المبكر وعلى القياسات حول السرعة التي يجب أن تتوسع بها. إذا لم تتفق هذه القيم ، فهناك احتمال قوي جدًا بأن نفقد شيئًا ما في النموذج الكوني الذي يربط بين العصرين. "

في الورقة ، نظر الفريق إلى ضوء النجوم في سحابة ماجلان الكبيرة ، إحدى المجرات المجاورة لنا. استخدموا تقنية مطورة حديثًا سمحت لهم برصد المزيد من النجوم في فترة زمنية أقصر. من خلال القيام بذلك ، تمكنوا من تقديم المزيد من الأدلة لدعم ثابت هابل و mdashand لإظهار أن الكون يتسارع بالفعل بشكل أسرع مما كان متوقعًا.

نتيجة لذلك ، قال الفريق إنه يبدو أن هناك "سمة كونية" مفقودة من النماذج. ما هذا سوف يخضع لمزيد من البحث.


دون علم معظمنا ، يتوسع كوننا باستمرار. يمكن لعلماء الكونيات - العلماء الذين يدرسون تطور الكون - تحديد كيفية تغيره بمرور الوقت من خلال تصور إشعاع بعيد جدًا خلفه الانفجار العظيم الذي حدث قبل 13.8 مليار سنة. نظرًا لأن الضوء ينتقل بسرعة ثابتة ، فإن عرض الأشياء البعيدة في الفضاء يسمح برؤيتها كما كانت عندما بدأ الكون لأول مرة. باستخدام هذه التقنية ، يتوقع علماء الكونيات أنه بينما تمدد الكون لأول مرة بسرعة كبيرة بعد الانفجار العظيم ، تباطأ هذا التوسع لاحقًا بسبب ظهور القوة الغامضة المعروفة باسم المادة المظلمة.

باستخدام تقنية جديدة ، قرر علماء الكونيات من جامعة كاليفورنيا ، ديفيس الآن أن الكون يتوسع بشكل أسرع مما تنبأت به النماذج الأصلية. استخدم الباحثون في دراستهم تلسكوب Keck Observatory في هاواي ، والمجهز بعدسات خاصة تقيس الطريقة التي يتشوه بها الضوء بواسطة الأجسام الفضائية أثناء انتقاله نحو الأرض. بعد توجيهه إلى ثلاث مجرات نشطة للغاية في أعماق الفضاء ، جمع التلسكوب صورًا مشوهة متعددة للمجرات تتوافق مع نقاط زمنية مختلفة. بمقارنة هذه الصور ، قرر علماء الكون أن الكون يتمدد بنسبة 9٪ أسرع من المعدل الذي تنبأت به النماذج التقليدية.

على الرغم من أنه ليس من غير المألوف أن تتحدى البيانات التجريبية النماذج النظرية ، يجب على العلماء استبعاد الأسباب المحتملة للخطأ بعناية قبل قبول الاستنتاجات الاستفزازية. تم تعزيز هذه الدراسة من خلال حقيقة أن النتائج تدعم تلك التي تم الحصول عليها من تلسكوب هابل الفضائي ، وهو أداة موثوقة على نطاق واسع في مجال علم الكونيات. تفتح الخصائص البصرية الفريدة لتلسكوب Keck Observatory الآن إمكانية استخدام عدسة إضافية لتوليد بيانات أكثر دقة. إذا صمدت النتائج المستقبلية ، فسيتم تكليف علماء الكونيات بكشف سبب وجود التناقض بين البيانات النظرية والتجريبية. اقترح البعض أن هذه الدراسة قد تكون بداية لعصر "فيزياء جديدة" ، حيث أن طاقة أو جسيم غير معروف حاليًا قد يكون وراء التوسع السريع للكون.


2 إجابات 2

سيتناسب وصفك مع السرعات النسبية التي تكون ثابتة مع الوقت ، أو تتناقص بمرور الوقت ، لكن الأدلة تشير إلى أنها تتزايد بمرور الوقت.

أعتقد أن الموقف الذي تصفه ربما يعني أننا في مركز الكون ، أي أن كل المادة تتوسع من مركز صغير ، مع بعض التوزيع في السرعات.

قد يتعارض هذا مع وجهة النظر السائدة في العلم ، مبدأ كوبرنيكوس ، الذي يقول أن وجهة نظرنا ليست خاصة. في الواقع ، من الافتراضات الرئيسية في علم الكونيات أن كوننا متجانس وخواص الخواص على نطاقات كبيرة. أوافق على أن هذه ليست حجة. إنه في الواقع تفكير دائري. لكنها تعكس وجهة النظر المشتركة للعلماء اليوم.

(من وجهة نظر الفيزياء ، يمكنك أن تجادل بأن الجاذبية ستؤدي إلى إبطاء المادة أثناء انتشارها ، لكنني متأكد تمامًا من أن هذا سيقلل إلى معادلات فريدمان العادية ، لذلك لا أعتقد أن ذلك سيؤدي إلى لأي فرق يمكن ملاحظته.)

تحرير: كل هذا يدرس فقط الأدلة من الانزياحات الحمراء. ومع ذلك ، هناك أدلة أخرى على علم الكونيات القياسي. هذه هي التركيب النووي (BBN) وخلفية الميكروويف (CMB). أعتقد أن BBN لن يتغير ، للسبب نفسه المذكور أعلاه ، أن المسألة المتوسعة تتبع فقط معادلات فريدمان نفسها. من ناحية أخرى ، فإن الخلفية الميكروية هي إشعاع يصل إلينا من "آخر سطح مبعثر" على بعد حوالي 14 مليار سنة ضوئية (وفقًا لعلم الكونيات القياسي) في جميع الاتجاهات. إذا كنا جميعًا المادة في الكون ، فلن نرى أي شيء قادمًا من هناك. هناك أيضًا دليل على أن معظم كثافة الطاقة تأتي من ثابت كوني ، لا يمكن وصفه بالمادة ، فقط طاقة الفراغ التي تسبب التمدد حقًا.


شاهد الفيديو: تمدد الكون او اتساع الكون بين الحقيقة العلمية و الخيال خفايا الكون المعجز (قد 2022).