أعلن علماء الفلك، الذين يجرون ما يصفونه بأكبر وأدق مسح حتى الآن لتاريخ الكون، أنهم ربما اكتشفوا خللاً كبيراً في فهمهم للطاقة المظلمة، القوة الغامضة التي تسرع توسع الكون. الكون.
كان من المفترض أن تكون الطاقة المظلمة قوة ثابتة في الكون، سواء حاليًا أو عبر التاريخ الكوني. لكن البيانات الجديدة تشير إلى أنها قد تكون أكثر قابلية للتغيير، أو تزداد قوة أو أضعف بمرور الوقت، أو تنعكس أو حتى تتلاشى.
وقال آدم ريس، عالم الفلك في جامعة جونز هوبكنز ومعهد علوم التلسكوب الفضائي في بالتيمور: “كما سيقول بايدن، إنه BFD”. وقد تقاسم جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2011 مع اثنين من علماء الفلك الآخرين لاكتشاف الطاقة المظلمة، لكنه لم يشارك في هذه الدراسة الجديدة. وقال: “قد يكون هذا أول دليل حقيقي حصلنا عليه حول طبيعة الطاقة المظلمة منذ 25 عامًا”.
وهذا الاستنتاج، إذا تم تأكيده، يمكن أن يحرر علماء الفلك – وبقيتنا – من التنبؤ القديم والقاتم حول المصير النهائي للكون. إذا كان عمل الطاقة المظلمة ثابتًا مع مرور الوقت، فإنه سيؤدي في النهاية إلى دفع جميع النجوم والمجرات بعيدًا عن بعضها البعض لدرجة أنه حتى الذرات يمكن أن تتمزق إربًا، مما يستنزف الكون من كل أشكال الحياة والضوء والطاقة والفكر، ويحكم عليه بحياة أبدية. حالة من بلاه الكونية. وبدلاً من ذلك، يبدو أن الطاقة المظلمة قادرة على تغيير المسار وتوجيه الكون نحو مستقبل أكثر ثراءً.
الكلمات الرئيسية هي “ربما” و”يمكن”. الاكتشاف الجديد لديه احتمال واحد من 400 أن يكون مجرد صدفة إحصائية، وهي درجة من عدم اليقين تسمى ثلاثة سيجما، وهي أقل بكثير من المعيار الذهبي للاكتشاف، الذي يسمى خمسة سيجما: فرصة واحدة في 1.7 مليون. في تاريخ الفيزياء، حتى أحداث خمسة سيجما تبخرت عندما ظهر المزيد من البيانات أو تفسيرات أفضل للبيانات.
تأتي هذه الأخبار في التقرير المرحلي الأول، الذي تم نشره كسلسلة من الأبحاث، من خلال تعاون دولي كبير يسمى أداة تحليل الطاقة المظلمة، أو DESI. بدأت المجموعة للتو جهدًا مدته خمس سنوات لإنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد لمواقع وسرعات 40 مليون مجرة عبر 11 مليار سنة من الزمن الكوني. وتشمل خريطته الأولية، المبنية على السنة الأولى من الملاحظات، ستة ملايين مجرة فقط. تم إصدار النتائج اليوم في اجتماع للجمعية الفيزيائية الأمريكية في سكرامنتو، كاليفورنيا، وفي مؤتمر Rencontres de Moriond في إيطاليا.
وقال مايكل ليفي، مدير معهد DESI: «حتى الآن نرى اتفاقًا أساسيًا مع أفضل نموذج لدينا للكون، لكننا نرى أيضًا بعض الاختلافات المثيرة للاهتمام التي يمكن أن تشير إلى أن الطاقة المظلمة تتطور مع مرور الوقت». بيان صادر عن مختبر لورانس بيركلي الوطني الذي يدير المشروع.
وقالت ناتالي بالانك ديلابروي، عالمة الفيزياء الفلكية في مختبر لورانس بيركلي والمتحدثة باسم المشروع، في مقابلة، إن فريق DESI لم يتوقع أن يحقق نتائج سيئة بهذه السرعة. وقالت إن نتائج العام الأول صُممت لتؤكد ببساطة ما كان معروفًا بالفعل: “اعتقدنا أننا سنتحقق بشكل أساسي من صحة النموذج القياسي”.
لكن المجهول قفز عليهم.
عندما قام العلماء بدمج خريطتهم مع بيانات كونية أخرى، فوجئوا عندما وجدوا أنها لا تتفق تمامًا مع النموذج القياسي الموثوق به للكون، والذي يفترض أن الطاقة المظلمة ثابتة وغير متغيرة. تناسب الطاقة المظلمة المتغيرة نقاط البيانات بشكل أفضل.
قال الدكتور بالانك ديلابروي: «إنه بالتأكيد أكثر من مجرد فضول». “أود أن أسميها تلميحا. نعم، هذا ليس دليلاً بعد، لكنه مثير للاهتمام.
لكن علماء الكونيات يأخذون هذا التلميح على محمل الجد.
وأشادت ويندي فريدمان، عالمة الفيزياء الفلكية في جامعة شيكاغو والتي قادت الجهود المبذولة لقياس توسع الكون، بالمسح الجديد ووصفته بأنه “بيانات رائعة”. وقالت إن النتائج “تفتح إمكانية فتح نافذة جديدة لفهم الطاقة المظلمة، العنصر المهيمن في الكون، والذي يظل أكبر لغز في علم الكونيات”. مثيرة جدا.”
قال مايكل تورنر، الأستاذ الفخري في جامعة شيكاغو الذي صاغ مصطلح “الطاقة المظلمة”، في رسالة بالبريد الإلكتروني: “على الرغم من أن دمج مجموعات البيانات أمر صعب، وهذه نتائج مبكرة من DESI، إلا أن الدليل المحتمل على أن الطاقة المظلمة ليست ثابتة هذا أفضل خبر سمعته منذ أن تم تأسيس التسارع الكوني منذ أكثر من 20 عامًا.
دخلت الطاقة المظلمة عالم الحديث في عام 1998، عندما اكتشفت مجموعتان متنافستان من علماء الفلك، بما في ذلك الدكتور ريس، أن توسع الكون كان يتسارع بدلاً من أن يتباطأ، كما توقع معظم علماء الفلك. يبدو أن الملاحظات الأولية تشير إلى أن هذه الطاقة المظلمة كانت تعمل تمامًا مثل عامل التصحيح الشهير – الذي يُشار إليه بالحرف اليوناني Lambda – الذي أدخله أينشتاين في معادلاته لتفسير سبب عدم انهيار الكون بسبب جاذبيته. ووصفه فيما بعد بأنه أسوأ خطأ فادح.
ولكن ربما تحدث في وقت مبكر جدا. كما صاغها أينشتاين، كانت لامدا خاصية للفضاء نفسه: كلما زاد الفضاء مع توسع الكون، زادت الطاقة المظلمة، مما دفع بقوة أكبر، مما أدى في النهاية إلى مستقبل جامح وخالي من الضوء.
أخذت الطاقة المظلمة مكانها في النموذج القياسي للكون المعروف باسم LCDM، والذي يتكون من 70% من الطاقة المظلمة (لامدا)، و25% من المادة المظلمة الباردة (مجموعة متنوعة من الجسيمات الغريبة بطيئة الحركة) و5% من المادة الذرية. حتى الآن، تعرض هذا النموذج للتلف لكنه لم ينكسر بسبب تلسكوب جيمس ويب الفضائي الجديد. ولكن ماذا لو لم تكن الطاقة المظلمة ثابتة كما يفترض النموذج الكوني؟
في المشكلة هناك معلمة تسمى w, وهو مقياس لكثافة أو شدة الطاقة المظلمة. وفي نسخة أينشتاين للطاقة المظلمة، يظل هذا الرقم ثابتًا، بقيمة -1، طوال حياة الكون. وقد استخدم علماء الكون هذه القيمة في نماذجهم على مدى السنوات الخمس والعشرين الماضية.
لكن هذه النسخة من الطاقة المظلمة هي مجرد أبسط نسخة. قال الدكتور بالانك ديلابروي: «لقد حققنا الآن باستخدام DESI دقة تسمح لنا بتجاوز هذا النموذج البسيط، لمعرفة ما إذا كانت كثافة الطاقة المظلمة ثابتة مع مرور الوقت، أو ما إذا كانت تحتوي على بعض التقلبات والتطور مع مرور الوقت. وقت.”
تم تصميم مشروع DESI، الذي استغرق إعداده 14 عامًا، لاختبار ثبات الطاقة المظلمة من خلال قياس مدى سرعة توسع الكون في أوقات مختلفة في الماضي. وللقيام بذلك، قام العلماء بتجهيز تلسكوب في مرصد كيت بيك الوطني بـ 5000 كاشف من الألياف الضوئية التي يمكنها إجراء التحليل الطيفي على العديد من المجرات في وقت واحد ومعرفة مدى سرعة تحركها بعيدًا عن الأرض.
وكمقياس للمسافة، استخدم الباحثون المطبات في التوزيع الكوني للمجرات، المعروفة باسم التذبذبات الصوتية الباريونية. وقد طبعت هذه النتوءات على الكون بواسطة الموجات الصوتية في البلازما الساخنة التي ملأت الكون عندما كان عمره 380 ألف سنة فقط. في ذلك الوقت، كان عرض النتوءات يبلغ نصف مليون سنة ضوئية. الآن، بعد 13.5 مليار سنة، توسع الكون ألف مرة، وأصبحت النتوءات – التي يبلغ عرضها الآن 500 مليون سنة ضوئية – بمثابة أدوات قياس كونية مريحة.
قسم علماء DESI الـ 11 مليار سنة الماضية من التاريخ الكوني إلى سبع فترات زمنية. (يبلغ عمر الكون 13.8 مليار سنة). ولكل منها، قاموا بقياس حجم هذه النتوءات ومدى سرعة المجرات الموجودة فيها مبتعدة عنا وعن بعضها البعض.
عندما جمع الباحثون كل ذلك معًا، وجدوا أن الافتراض المعتاد – الطاقة المظلمة الثابتة – لم ينجح في وصف توسع الكون. بدت المجرات في العصور الثلاثة الأخيرة أقرب مما ينبغي، مما يشير إلى أن الطاقة المظلمة يمكن أن تتطور مع مرور الوقت.
قال الدكتور بالانك ديلابروي: «إننا نرى بالفعل تلميحًا إلى أن خصائص الطاقة المظلمة لن تتوافق مع ثابت كوني بسيط، بل قد يكون لها بعض الانحرافات». “وهذه هي المرة الأولى التي نحصل فيها على ذلك.” لكنها أكدت مرة أخرى: “لن أسميها دليلاً بعد. إنه ضعيف جدًا جدًا.
سيحدد الوقت والمزيد من البيانات مصير الطاقة المظلمة، ونموذج الكون الذي تم اختباره في المعركة
قال الدكتور تورنر: “يتم إخضاع LCDM لخطواته من خلال اختبارات دقيقة تأتي من كل اتجاه”. “وهي تعمل بشكل جيد. ولكن، عندما يتم جمع كل شيء معًا، يبدأ في الظهور أن شيئًا ما ليس على ما يرام أو أن هناك شيئًا مفقودًا. الأشياء لا تتناسب مع بعضها بشكل مثالي. وDESI هو أحدث إشارة.
وأشار الدكتور ريس من جامعة جونز هوبكنز، الذي ألقى نظرة مبكرة على نتائج DESI، إلى أن “التلميح”، إذا تم التحقق من صحته، يمكن أن يسحب البساط من القياسات الكونية الأخرى، مثل عمر الكون أو حجمه. وكتب في رسالته الإلكترونية: “هذه النتيجة مثيرة للاهتمام للغاية ويجب أن نأخذها على محمل الجد”. “وإلا فلماذا نقوم بهذه التجارب؟”
