كتب – رامز يوسف:
بعد 5 سنوات من التحديق في السماء، جمع تلسكوب أتاكاما لعلم الكونيات (ACT) الخريطة الأكثر تفصيلاً التي رأيناها على الإطلاق لخلفية الموجات الكونية الميكروية – الضوء الخافت الذي يتخلل الكون بعد 380 ألف عام فقط من الانفجار العظيم.
لدينا الآن نافذة أوضح على نشأة الكون، تكشف بدقة أكبر من أي وقت مضى عن مقدار الكتلة الموجودة فيه، وحجمها، كما تعيد التأكيد على أن أكبر أزمة في علم الكونيات – ثابت هابل – لا تزال دون حل.
نُشرت النتائج بالتفصيل في 3 أوراق بحثية أولية رُفعت على arXiv وموقع تلسكوب أتاكاما لعلم الكونيات بجامعة برينستون.
تقول الفيزيائية سوزان ستاجز من جامعة برينستون بالولايات المتحدة: “نشهد الخطوات الأولى نحو تكوّن أقدم النجوم والمجرات.. ولا نرى الضوء والظلام فحسب، بل نشهد استقطاب الضوء بدقة عالية. وهذا عاملٌ يُميّز تلسكوب ACT عن تلسكوب بلانك وغيره من التلسكوبات السابقة”.
لا يُمكننا رؤية كل ما يعود إلى الانفجار العظيم. كان الكون في بداياته مليئًا بضباب كثيف، قاتم، ومعتم من البلازما المتأينة. كان هذا الوسط لا يسمح للضوء باختراقه؛ فأي فوتونات تتحرك عبر الظلام كانت تتشتت ببساطة عن الإلكترونات الحرة.
لم تبدأ هذه الجسيمات بالتجمع في غاز مُتعادل، معظمه من الهيدروجين، إلا بعد حوالي 380 ألف عام من الانفجار العظيم، فيما يُعرف بعصر إعادة التركيب.
بمجرد أن اندمجت الجسيمات الحرة في الذرات، انتشر الضوء في جميع أنحاء الكون. هذا الضوء الأول هو إشعاع الخلفية الكونية الميكروي (CMB).
كما تتخيل، بعد حوالي 13.4 مليار سنة، أصبح إشعاع الخلفية الكونية الميكروي خافتًا جدًا ومنخفض الطاقة، لذا يتطلب رصده وقتًا طويلًا، وتحليلًا مكثفًا لاستخراجه من بين جميع مصادر الضوء الأخرى في الكون.
استغرق رسم خريطة لإشعاع الخلفية الكونية الميكروي عقودًا عديدة، وصدرت أول خريطة شاملة للسماء عام 2010، وجاءت من بيانات جمعها تلسكوب بلانك الفضائي. ومنذ ذلك الحين، يعمل العلماء على تحسين دقة الخريطة لنتمكن من معرفة المزيد عن كيفية نشأة كوننا.
هذا ما لدينا الآن مع أحدث بيانات من ACT، والتي تُظهر شدة واستقطاب إشعاع الخلفية الكونية الميكروي بوضوح أكبر من أي وقت مضى. الاستقطاب هو درجة دوران موجة الضوء، التي يستطيع علماء الفلك فك شفرتها لاستنتاج طبيعة البيئات التي مر بها الضوء.
تقول ستاجز: “في السابق، كنا نرى أماكن الأشياء، والآن نرى أيضًا كيفية تحركها. وكما هو الحال مع استخدام المد والجزر لاستنتاج وجود القمر، فإن الحركة التي يتتبعها استقطاب الضوء تخبرنا بمدى قوة الجاذبية في أجزاء مختلفة من الفضاء”.
يوفر لنا إشعاع الخلفية الكونية الميكروي وسيلة لقياس تطور الكون. يمكننا النظر إلى حالته الآن وفي أوقات مختلفة من تاريخ الكون، ومقارنته بإشعاع الخلفية الكونية الميكروي لرسم خريطة لـ 13.8 مليار سنة منذ الانفجار العظيم.
تقول عالمة الكونيات إرمينيا كالابريس من جامعة كارديف بالمملكة المتحدة: “أجرينا قياسات أكثر دقة، ووجدنا أن الكون المرئي يمتد لمسافة تقارب 50 مليار سنة ضوئية في جميع الاتجاهات منّا، ويحتوي على كتلة تعادل 1900 شمس زيتا، أو ما يقرب من تريليوني تريليون شمس”.
معظم هذه الكتلة غير مرئية. تُشكل المادة الباريونية العادية 100 شمس زيتا فقط من كتلة الكون. هذا كل ما يمكننا رصده – النجوم، والمجرات، والكواكب، والبشر، والثقوب السوداء، والغاز، والغبار – كل تلك الأشياء.
من هذه المادة العادية، 75 شمس زيتا هي الهيدروجين، و25 شمس زيتا هي الهيليوم. أما بقية العناصر في الكون مجتمعة، فكتلتها ضئيلة جدًا لدرجة أنها لا تُشكل أي أثر في المخطط الدائري.
تُشكل 500 شمس زيتا أخرى مادة مظلمة غير مرئية، وطبيعتها مجهولة. أما الـ 1300 شمس زيتا المتبقية، فتُشكل طاقة مظلمة، وهو الاسم الذي نُطلقه على القوة غير المرئية التي تدفع الفضاء للتمدد أسرع مما نراه.
هذا يقودنا إلى ثابت هابل، الذي يُمثل معدل تمدد الكون.
باختصار، تُظهر قياسات الكون البعيد المستندة إلى بيانات مثل إشعاع الخلفية الكونية الميكروي (CMB) معدل تمدد أبطأ من قياسات الكون المحلي المستندة إلى بيانات مثل المستعرات العظمى. يبلغ معدل التمدد الأول حوالي 67 أو 68 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ فلكي، بينما يبلغ معدل التمدد الثاني حوالي 73 أو 74 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ فلكي.
إنه أمرٌ مثير للاهتمام، ويستحق القراءة عنه أكثر إن رغبت، ولكن خلاصة هذا الجهد أن علماء الفلك يحاولون إجراء قياسات أفضل للكون لمحاولة سد الفجوة بين نطاقي القياس.
معضلة ثابت هابل
أعطت الخريطة الجديدة لإشعاع الخلفية الكونية الميكروي ثابت هابل قدره 69.9 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ فلكي. يُعد هذا أحد أكثر القياسات دقة حتى الآن، ويتوافق بشكل جيد مع قيم أخرى لثابت هابل استنادًا إلى إشعاع الخلفية الكونية الميكروي.
تقول ستاجز: “كان من المفاجئ بعض الشيء بالنسبة لنا أننا لم نجد حتى دليلًا جزئيًا يدعم القيمة الأعلى. كانت هناك بعض المناطق التي اعتقدنا أننا قد نجد فيها أدلة على تفسيرات للتوتر، ولكنها ببساطة لم تكن موجودة في البيانات”.
إذن، لا تزال هذه مشكلة بحاجة إلى حل. لكن يبدو أن الحسابات المتكررة والدقيقة تُشير بشكل متزايد إلى أنه إما أن هناك شيئًا جوهريًا نغفل عنه، أو أن الكون أغرب بكثير مما كنا نعتقد.
تقول عالمة الفيزياء الفلكية جو دانكلي من جامعة برينستون: “يمكننا أن نرى التاريخ الكوني من الماضي، بدءًا من مجرتنا درب التبانة، مرورًا بالمجرات البعيدة التي تضم ثقوبًا سوداء هائلة، وعناقيد مجرات ضخمة، وصولًا إلى تلك الحقبة المبكرة”.
رُفعت الأوراق البحثية الثلاثة على خادم arXiv وهي متاحة على موقع جامعة برينستون الإلكتروني.
المصدر: sciencealert
اقرأ أيضا:
