تصوير فنان لنجمين نيوترونيين يندمجان ويطلقان موجات الجاذبية.
(الصورة: © R. Hurt / Caltech-JPL)
جارٍ التحليل تموجات في نسيج المكان والزمان قد تحلها أزواج من النجوم الميتة قريبًا لغزًا كونيًا يحيط بمدى سرعة تمدد الكون - إذا كان العلماء محظوظين.
قال الباحثون الذين عملوا عليه ، إن هذا هو حكم دراسة جديدة قد تسلط الضوء أيضًا على المصير النهائي للكون.
استمر الكون في التوسع منذ ولادته منذ حوالي 13.8 مليار سنة. من خلال قياس المعدل الحالي لتوسع الكون ، والمعروف باسم ثابت هابليمكن للعلماء استنتاج عمر الكون وتفاصيل حالته الحالية. يمكنهم حتى استخدام الرقم لمحاولة التعلم مصير الكون، مثل ما إذا كان سيتوسع إلى الأبد ، أو ينهار على نفسه أو ينقسم تمامًا.
يستخدم العلماء طريقتين أساسيتين لقياس ثابت هابل. يتضمن أحدهما مراقبة الأشياء القريبة التي يفهم علماء خصائصها جيدًا ، مثل الانفجارات النجمية المعروفة باسم السوبرنوفا والنجوم النابضة المعروفة باسم متغيرات Cepheid، لتقدير المسافات وبعد ذلك استنتاج معدل تمدد الكون. يركز الآخر على خلفية الميكروويف الكونية ، والإشعاع المتبقي من الانفجار الكبير ، ويفحص كيف تغيرت بمرور الوقت لحساب مدى سرعة توسع الكون.
ومع ذلك ، فقد أسفر هذا الزوج من التقنيات نتيجتان مختلفتان لقيمة ثابت هابل. تشير البيانات من خلفية الميكروويف الكونية إلى أن الكون يتوسع حاليًا بمعدل حوالي 41.6 ميل (67 كيلومترًا) في الثانية لكل 3.26 مليون سنة ضوئية ، في حين تشير البيانات من السوبرنوفا والسيفيد في الكون القريب إلى معدل حوالي 45.3 ميل ( 73 كم) في الثانية لكل 3.26 مليون سنة ضوئية.
يشير هذا التناقض إلى أن النموذج الكوني القياسي - فهم العلماء لهيكل الكون وتاريخه - قد يكون خاطئًا. حل هذا النقاش المعروف باسم الصراع المستمر هابليمكن أن يلقي الضوء على تطور الكون ومصيره النهائي.
في الدراسة الجديدة ، يقترح الفيزيائيون أن البيانات المستقبلية من التموجات في نسيج الفضاء والوقت المعروف باسم موجات الجاذبية قد تساعد في كسر هذا الجمود. قال مؤلف الدراسة الرئيسي ستيفن فيني ، عالِم الفيزياء الفلكية في معهد فلاتيرون في نيويورك لموقع Space.com: "إن نزاع هابل المستمر - أكبر تلميح لدينا بأن نموذجنا للكون غير مكتمل - قابل للحل في غضون خمس إلى 10 سنوات".
وفقا لأينشتاين نظرية النسبية العامة، تنتج الجاذبية عن كيفية تشويه الكتلة الزمكان. عندما يتحرك أي جسم ذو كتلة ، يجب أن ينتج موجات جاذبية تنطلق بسرعة الضوء ، وتمتد وتضغط الزمكان على طول الطريق.
إن موجات الجاذبية ضعيفة بشكل غير عادي ، وفي عام 2016 فقط اكتشف العلماء أول دليل مباشر عليها. في عام 2017 ، اكتشف العلماء أيضًا موجات الجاذبية من اصطدام النجوم النيوترونية ، بقايا النجوم التي ماتت في الانفجارات الكارثية المعروفة باسم السوبرنوفا. إذا لم تكن بقايا النجم ضخمة بما يكفي للانهيار لتصبح ثقوبًا سوداء ، فسينتهي بها الأمر بدلاً من ذلك كنجم نيوتروني ، سميت بذلك لأن جاذبيتها قوية بما يكفي لسحق البروتونات مع الإلكترونات لتشكيل النيوترونات.
على عكس الثقوب السوداء ، تصدر النجوم النيوترونية ضوءًا مرئيًا ، وكذلك تصادماتها. ستساعد موجات الجاذبية الناتجة عن عمليات الاندماج هذه ، التي يطلق عليها اسم "صفارات الإنذار القياسية" ، العلماء على تحديد بعدهم عن الأرض ، في حين أن الضوء من هذه التصادمات سيساعد في تحديد السرعة التي تتحرك بها بالنسبة للأرض. يمكن للباحثين بعد ذلك استخدام هاتين المجموعتين من البيانات لحساب ثابت هابل. ووفقًا لفيني وزملائه ، فإن تحليل التصادم بين حوالي 50 زوجًا من النجوم النيوترونية في السنوات الخمس إلى العشر القادمة قد ينتج عنه بيانات كافية لتحديد أفضل قياس حتى الآن لثابت هابل.
ومع ذلك ، يعتمد هذا التقدير على عدد مرات حدوث تصادمات النجوم النيوترونية. "هناك قدر كبير من عدم اليقين في معدل اندماج النجوم النيوترونية قال فيني: "لقد رأينا ، بعد كل شيء ، واحدًا فقط حتى الآن" ، "إذا كنا محظوظين جدًا لرؤية ذلك ، والاندماج في الواقع أكثر ندرة مما نعتقد ، ثم نلاحظ عدد عمليات الاندماج اللازمة لشرح ثابت هابل" يمكن أن يستغرق الصراع وقتًا أطول مما ذكرنا في عملنا ".
وقال فيني إن موجات الجاذبية قد تنتهي بدعم قيمة واحدة لثابت هابل على الأخرى ، لكنها قد تحدد أيضًا قيمة ثالثة جديدة لثابت هابل. وأضاف أنه إذا حدث ذلك ، فقد يؤدي إلى رؤى جديدة بشأن سلوك المستعرات الأعظمية أو السيفيد أو النجوم النيوترونية.
مفصل العلماء النتائج التي توصلوا إليها عبر الإنترنت 14 فبراير في مجلة رسائل المراجعة الفيزيائية.
