يؤكد تلسكوب جيمس ويب أن هناك خطأً خطيرًا في فهمنا للكون

[عبدالله أسحاق]

رسم توضيحي لتوسع الكون. (حقوق الصورة: مارك جارليك/مكتبة الصور العلمية عبر Getty Images)

اعتمادًا على المكان الذي ننظر إليه، يتوسع الكون بمعدلات مختلفة. الآن، أكد العلماء الذين يستخدمون التلسكوبات الفضائية جيمس ويب وهابل أن الملاحظة لا ترجع إلى خطأ في القياس.

استخدم علماء الفلك تلسكوبي جيمس ويب وهابل الفضائيين لتأكيد واحدة من أكثر الألغاز إثارة للقلق في كل الفيزياء - وهي أن الكون يبدو أنه يتوسع بسرعات مختلفة بشكل محير اعتمادًا على المكان الذي ننظر إليه.

هذه المشكلة، المعروفة باسم توتر هابل، لديها القدرة على تغيير أو حتى قلب علم الكونيات تمامًا. وفي عام 2019، أكدت قياسات تلسكوب هابل الفضائي أن اللغز حقيقي؛ وفي عام 2023، عززت قياسات أكثر دقة من تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) هذا التناقض.

الآن، يبدو أن الفحص الثلاثي الذي أجراه كلا التلسكوبين اللذين يعملان معًا قد وضع احتمال حدوث أي خطأ في القياس في الاعتبار إلى الأبد. تشير الدراسة، التي نشرت في 6 فبراير في مجلة Astrophysical Journal Letters، إلى أنه قد يكون هناك خطأ خطير في فهمنا للكون.

وقال آدم ريس، مؤلف الدراسة الرئيسي، وأستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة جونز هوبكنز، في بيان: "مع نفي أخطاء القياس، ما يتبقى هو الاحتمال الحقيقي والمثير بأننا قد أسيء فهم الكون".

فاز ريس وسول بيرلماتر وبريان شميدت بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2011 لاكتشافهم الطاقة المظلمة عام 1998، وهي القوة الغامضة وراء التوسع المتسارع للكون.

حاليًا، هناك طريقتان "معياريتان ذهبيتان" لمعرفة ثابت هابل، وهي القيمة التي تصف معدل توسع الكون. يتضمن الأول دراسة التقلبات الصغيرة في إشعاع الخلفية الكونية الميكروي (CMB)، وهو بقايا قديمة لأول ضوء للكون تم إنتاجه بعد 380 ألف سنة فقط من الانفجار الكبير.
بين عامي 2009 و2013، رسم علماء الفلك خريطة لهذه الموجات الميكروية باستخدام القمر الصناعي بلانك التابع لوكالة الفضاء الأوروبية لاستنتاج ثابت هابل الذي يبلغ حوالي 46200 ميل في الساعة لكل مليون سنة ضوئية، أو ما يقرب من 67 كيلومترًا في الثانية لكل ميجابارسيك (كم/ث/ميغابارسيك).

تسمح كاميرات الأشعة تحت الحمراء الخاصة بـ JWST بالنظر إلى الكون بتفاصيل أكثر دقة من أي تلسكوب قبله. (حقوق الصورة: NASA، ESA، CSA، J. Diego (معهد الفيزياء في كانتابريا)، B. Frye (جامعة أريزونا)، P. Kamieneski (جامعة ولاية أريزونا)، T. Carleton (جامعة ولاية أريزونا)، وR ويندهورست (جامعة أريزونا)، أ. باغان (STScI)، ج. سامرز (جامعة ولاية أريزونا)، ج. دي سيلفا (جامعة أستراليا الغربية)، أ. كويكيمور (STScI)، أ.روبوثام (جامعة ويسترن أستراليا) أستراليا)، و ر. ويندهورست (جامعة أريزونا))

أما الطريقة الثانية فتستخدم النجوم النابضة التي تسمى بالمتغيرات القيفاوية. تموت النجوم القيفاوية، وتنمو طبقاتها الخارجية من غاز الهيليوم وتتقلص عندما تمتص وتطلق إشعاع النجم، مما يجعلها تومض بشكل دوري مثل مصابيح الإشارة البعيدة.

عندما تصبح النجوم القيفاوية أكثر سطوعًا، فإنها تنبض بشكل أبطأ، مما يمنح علماء الفلك وسيلة لقياس سطوعها المطلق. ومن خلال مقارنة هذا السطوع مع سطوعها المرصود، يمكن لعلماء الفلك أن يقيدوا القيفاويات في "سلم المسافة الكونية" للنظر بشكل أعمق في ماضي الكون. مع وجود هذا السلم في مكانه، يمكن لعلماء الفلك العثور على رقم دقيق لتمدده من خلال كيفية تمدد ضوء النجوم القيفاوية، أو تحوله إلى اللون الأحمر.

ولكن هذا هو المكان الذي يبدأ فيه الغموض. وفقا لقياسات القيفاوية المتغيرة التي أجراها ريس وزملاؤه، فإن معدل توسع الكون يبلغ حوالي 74 كم/ث/ميغابارسك: وهي قيمة عالية بشكل مستحيل بالمقارنة مع قياسات بلانك. لقد تم دفع علم الكونيات إلى منطقة مجهولة.

وقال ديفيد جروس، عالم الفلك الحائز على جائزة نوبل، في مؤتمر عام 2019 في معهد كافلي للفيزياء النظرية (KITP) في كاليفورنيا: "لا يمكن أن نسميها توترًا أو مشكلة، بل أزمة".

في البداية، اعتقد بعض العلماء أن هذا التفاوت يمكن أن يكون نتيجة لخطأ في القياس ناجم عن امتزاج النجوم القيفاوية مع نجوم أخرى في فتحة هابل. لكن في عام 2023، استخدم الباحثون تلسكوب جيمس ويب الفضائي الأكثر دقة للتأكد من أن قياسات هابل كانت صحيحة بالنسبة للدرجات القليلة الأولى من السلم الكوني. ومع ذلك، فإن احتمال العودة إلى ماضي الكون لا يزال قائما.

ولحل هذه المشكلة، اعتمد ريس وزملاؤه على قياساتهم السابقة، حيث رصدوا 1000 نجم قيفاوي آخر في خمس مجرات مضيفة تبعد عن الأرض 130 مليون سنة ضوئية. وبعد مقارنة بياناتهم ببيانات هابل، أكد علماء الفلك قياساتهم السابقة لثابت هابل.

وقال ريس: "لقد قمنا الآن بتغطية النطاق الكامل لما لاحظه هابل، ويمكننا أن نستبعد وجود خطأ في القياس كسبب لتوتر هابل بثقة عالية جدًا". "إن الجمع بين ويب وهابل يمنحنا أفضل ما في العالمين. ونجد أن قياسات هابل تظل موثوقة بينما نتسلق مسافة أكبر على سلم المسافة الكونية."

وبعبارة أخرى: التوتر الموجود في قلب علم الكونيات موجود ليبقى.