خلاف في قلب علم الكونيات
لا يوجد جدال جدي حول ما إذا كان الكون يتوسع. الخلاف يدور حول سرعة توسعه. اثنتان من أكثر تقنيات القياس موثوقية في علم الفلك الحديث تعطيان قيمًا ترفض التوافق، وهو موقف يسميه الباحثون توتر هابل. التباين صغير بالقيمة المطلقة لكنه عنيد بما يكفي ليصبح أحد المشكلات المحددة في علم الكونيات، لأن التعارض الحقيقي بين قياسات مستقلة قد يشير إلى أن النموذج القياسي يفتقد شيئًا ما.
ثابت هابل هو الرقم الذي يستخدمه الفلكيون للتعبير عن معدل التوسع. ويحمل اسم إدوين هابل، الفلكي الأمريكي الذي أثبت لأول مرة في عشرينيات القرن الماضي أن الكون يتوسع. وبعد قرن من الزمان، لا تزال قيمة هذا الثابت محل نزاع — ليس لأن الأدوات بدائية، بل لأن عائلتي الطرق المستخدمتين لاستخراجها تنطلقان من أنظمة فيزيائية مختلفة تمامًا.
الطريق الأول: قراءة التوهج المتبقي
الطريقة الأولى غير مباشرة. فهي تأخذ النموذج الكوني القياسي وتطابقه مع النمط الخافت للتقلبات في إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، التوهج المتبقي من الانفجار العظيم. وقد رسمت تلسكوبات فضائية مثل بلانك تلك التغيرات الدقيقة في الضوء القديم بدقة كبيرة. أدخل ذلك النمط في النموذج، وسيكون معدل التوسع الناتج حوالي 67 كيلومترًا في الثانية لكل ميغابارسيك.
بالنسبة للقراء خارج مجال علم الفلك، قد تكون هذه الوحدات غامضة. البارسيك هو وحدة مسافة تعادل حوالي 3.26 سنة ضوئية، أو حوالي 30.9 تريليون كيلومتر؛ والميغابارسيك هو مليون بارسيك. لذا يصف التنبؤ مدى سرعة نمو مسافة كونية معينة.
الطريق الثاني: مراقبة النجوم المتفجرة
الطريقة الثانية أكثر مباشرة، وأقرب في روحها إلى ما فعله هابل في عشرينيات القرن الماضي. فهي تقيس مدى سرعة ابتعاد المجرات البعيدة عن مجرة درب التبانة من خلال تتبع سطوع المستعرات العظمى التي تنفجر في تلك المجرات. تعمل المستعرات العظمى من النوع Ia كـ"شموع قياسية" لأن لمعانها يُفهم على أنه متماثل أينما حدثت، مما يسمح للفلكيين باستخدام السطوع الظاهري كعلامة مسافة. وتؤدي هذه الطريقة إلى معدل توسع أعلى من طريقة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي.
الفجوة بين الإجابتين هي توتر هابل. وهي بالضبط نوع التباين الذي يجعل علماء الكونيات غير مرتاحين: فقد تم تحسين القياسات مرارًا وتكرارًا، ومع ذلك لم يتبدد الخلاف.
دليل مستعار من لغز آخر
تساءل باحثون كتبوا في The Conversation ونقلت عنه ScienceDaily عما إذا كانت فكرة مقترحة للغز منفصل تمامًا — أصل المجالات المغناطيسية الكونية — قد تلقي الضوء أيضًا على توتر هابل. ويفحص عملهم المنشور حديثًا ما إذا كانت المجالات المغناطيسية الضعيفة للغاية المتبقية من اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم قد تساعد في تفسير التعارض بين قياسات معدل التوسع.
المجالات المعنية ليست المغناطيسية المألوفة لمغناطيس الثلاجة أو حتى المجالات الواسعة المنتشرة في المجرات اليوم. إنها بدائية: تولدت في اللحظات الأولى من التاريخ الكوني، عندما كان الكون أكثر كثافة وحرارة وطاقة مما يمكن إنتاجه في مختبر. ستكون قوتها صغيرة بشكل استثنائي، لكن تأثيرها ربما لم يكن مهملًا.
كيف يمكن لمغناطيسية خافتة أن تحرك رقمًا كونيًا
تمر الآلية المقترحة عبر الهيدروجين. تشير محاكاات تفصيلية إلى أن هذه المجالات المغناطيسية البدائية قد تكون غيرت كيفية تكوين الهيدروجين في الكون المبكر. وهذا مهم لأن تكوين الهيدروجين ليس تفصيلًا جانبيًا — فهو يشكل الطريقة التي تفاعلت بها المادة العادية مع الضوء في الكون الوليد، وبالتالي يترك بصمة على إشعاع الخلفية الكونية الميكروي.
غيّر قصة الهيدروجين، وسيتغير النمط في التوهج القديم المتبقي. غيّر النمط، وسيتغير أيضًا معدل التوسع المستنتج منه. من حيث المبدأ، يوفر هذا التسلسل طريقة للتوفيق بين التقدير غير المباشر والتقدير المباشر، دون التخلي عن النموذج الأساسي أو تجاهل عقود من أرصاد المستعرات العظمى.
إنها رافعة دقيقة، وهذا جزء من جاذبيتها. يمكن للتعديلات الصغيرة في فيزياء الكون المبكر أن تنتقل إلى القياسات نفسها التي أثبتت صعوبة بالغة في التوفيق بينها.
لماذا تحمل المحاكاات الحجة
تستند الحجة إلى نمذجة عددية تفصيلية بدلًا من رصد واحد. تسمح المحاكاات للباحثين بتتبع ما يحدث عند وجود مجالات مغناطيسية خلال الحقبة التي كان فيها الهيدروجين يتكون، ثم تتبع العواقب وصولًا إلى إشعاع الخلفية الميكروي الذي ترصده التلسكوبات اليوم. وهكذا تتحول فكرة تخمينية عن الكون المبكر إلى ادعاء قابل للاختبار حول البيانات.
يشير العمل أيضًا إلى عائد أوسع: نافذة على الفيزياء عند طاقات تتجاوز بكثير أي شيء يمكن تحقيقه على الأرض. لا تستطيع مسرعات الجسيمات الوصول إلى الظروف التي سادت بعد لحظات من الانفجار العظيم. وإذا تركت المغناطيسية البدائية أثرًا قابلًا للقياس على إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، تصبح السماء نفسها هي التجربة.
ما يحسمه البحث — وما لا يحسمه
هذا تفسير مقترح، وليس حكمًا نهائيًا. لا يزال توتر هابل دون حل، ويقدم الباحثون عملهم على أنه استكشاف لما إذا كان هذا المكون المهمل قد يكون مهمًا. تكمن قوة الفكرة في أنها تربط بين لغزين عادة ما يعالجان بشكل منفصل، وفي أنها تقدم تنبؤات تستند إلى إشارة قابلة للقياس. والسؤال المفتوح هو ما إذا كان التأثير كبيرًا ومميزًا بما يكفي ليُحدد في بيانات حقيقية بدلًا من مجرد استنتاجه من المحاكاات.
هذا السؤال قابل للإجابة. مع ازدياد دقة قياسات إشعاع الخلفية الكونية الميكروي والمستعرات العظمى القريبة، سيتقارب تقديرا ثابت هابل أو سيتباعدان أكثر. إذا بقيا متباعدين، تنتقل تفسيرات مثل المغناطيسية البدائية من التخمين إلى الضرورة. وإذا اتفقا في النهاية، يخف الضغط — ويعود اللغز ليكون مسألة خطأ في القياس.
لماذا يهم التوتر أبعد من الرقم
النموذج القياسي لعلم الكونيات ناجح بشكل ملحوظ، ولهذا بالضبط يجذب التناقض الداخلي المستمر كل هذا الاهتمام. النموذج الذي يفسر التوهج المتبقي ووفرة العناصر الخفيفة والبنية واسعة النطاق للكون يجب أن يكون قادرًا أيضًا على تحديد سرعة توسعه. وعندما تختلف طريقتان دقيقتان للوصول إلى ذلك الرقم، تكون التفسيرات الأرجح غير جذابة: إما أن أحد القياسين معيب بشكل خفي، أو أن النموذج غير مكتمل.
ينتمي اقتراح المجالات المغناطيسية البدائية إلى الفئة الثانية. فهو يشير إلى أن الفجوة قد لا تكون خطأ على الإطلاق، بل بصمة فيزياء يغفلها التصور القياسي — مكون نشط في وقت مبكر جدًا لدرجة أن آثاره مخفية بخلاف ذلك.
ما يجب مراقبته
- قيود أكثر إحكامًا على إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، مما سيشحذ التقدير غير المباشر لمعدل التوسع.
- مسوحات مستمرة للمستعرات العظمى، تحسّن القياس المباشر وتحدد ما إذا كان التباين مستمرًا.
- عمل محاكاة يختبر ما إذا كانت المجالات المغناطيسية المبكرة قادرة على تحويل تكوين الهيدروجين بما يكفي لترك بصمة قابلة للكشف.
- مسابر مستقلة للمغناطيسية البدائية، ستظهر ما إذا كانت مثل هذه المجالات موجودة بالقوة المطلوبة.
لن تحسم أي من هذه الخطوات توتر هابل بمفردها. ومعًا، تحدد ما إذا كانت همسة مغناطيسية من اللحظات الأولى للكون جزءًا من الإجابة — أو مجرد احتمال مثير آخر في مجال تعلم أن يتوقع المفاجآت.
يعتمد هذا المقال على تقرير من Science Daily. اقرأ المقال الأصلي.
Originally published on sciencedaily.com
